由几十亿至数千亿颗恒星、星际气体和尘埃物质等构成，占据几千光年到几十万光年空间的天体系统称为星系。包括太阳在内的由上千亿颗恒星组成的银河系就是一个普通的星系，银河系以外的星系称为河外星系，一般称为星系。星系是宇宙的基本单位。
有许许多多外貌不同的星系。但从它们的照片看，基本上可分为漩涡星系和椭圆星系两大类，还有一些形状不规则的称为不规则星系。漩涡星系是盘状的，当中有凸起的核球，有点像体育运动用的铁饼，银河系就是一个典型的漩涡星系。漩涡星系的盘绕其中心旋转，故因此形成其具有几条旋臂的特征。椭圆星系外观介于圆与椭圆之间。
银河系。在这个庞大的恒星家族中，聚集了上千亿颗恒星。
银河系年龄约100亿年。银河系直径10万光年。可以想像，在夏季星空中我们看见的那条“天河”就是银河系，原来它居然有这么大。
我们的太阳系就位于银河系的一个旋臂上，距银河系中心约3万光年。我们的太阳系正以250千米/秒的速度绕着银心旋转。
在常人眼中，银河系是如此之大，然而在天文学家眼中只不过是沧海一粟，把它称为宇宙岛还未免有点高抬了它，我们的银河系只不过是已发现的几十亿个星系中的一个。
河外星系。对于北半球的人来讲，惟一肉眼可见的星系（银河除外）就是著名的仙女座大星云，其直径16万光年，它距我们有200万光年之遥，其他星系离我们更远，因此肉眼无法见到。
南半球肉眼可见的星系就是“大麦哲伦星系”和“小麦哲伦星系”，它是由著名的航海家麦哲伦发现的，离我们有20万光年。
在宇宙中，孤立的星系比较少，多数星系成群，由十个或几十个星系组成。其直径在百万光年到千万光年之间。
比星系群更大的就是星系团，它是由几百到几千个星系组成。离我们最近的是“室女座”星系团，约5000千万光年，约有2500个星系。距我们较近的后发座星系团，星系总数可能有1万个，距离我们3.5亿光年。目前已发现上万个星系团，距离最远的大约70亿光年。目前人们探索到的最遥远星系是距我们80亿光年的射电星系8C1435＋63T。
20世纪30年代，出现了“总星系”这个名词。有人认为总星系是比超星系团更高一级的天体层次。也就是天文学家目前所能观测到的宇宙，范围大约为200亿光年。
银河系内太阳系以外一切非恒星状的气体尘埃云称做星云。
按形态来说，可分为弥漫星云和行星状星云。
行星状星云是在恒星生命的晚期形成的，其形态为围绕着一颗中心热星的气体壳层，但用大望远镜拍得的照片却显示出非常复杂的纤维、斑点、气流和小弧等结构。
之所以被称为行星状星云，主要由于其外貌在低倍望远镜中具有像天王星或海王星那样的略带绿色而有明晰边缘的圆面，而不是因为它们中心有点状恒星。
弥漫星云，其英文名称为朦胧或云雾之义。实际上，除环状对称的行星状星云外，所有的星云都可以说是形状不规则的弥漫星云，如猎户座大星云、马头星云。
河外星系是类似银河系那样的庞大的天体系统，包括恒星、双星、聚星、星团、星云、分子云、星际尘埃、宇宙线以及星际磁场等。现已观测到的星系总数，差不多有1000亿个。
人类发现和确认河外星系的历史是漫长而曲折的。18世纪中叶，就有人提出宇宙中存在许多类似银河系这样的庞大恒星系统的猜想。
1755年德国哲学家康德明确提出，“在广大无边的宇宙中，存在数量无限的世界和星系。”并把星系形象地比喻为宇宙海洋中的“宇宙岛”。1781年英国天文学家威廉·赫歇耳观测了一些星云，发现这些星云大多数都可分解为恒星，他断言所有的星云都可分解为恒星，康德的宇宙岛的观点是正确的。但是，后来（1790年）赫歇耳观测到一些弥漫星云是不能分解为恒星的，于是他改变了立场，认为宇宙岛即星系，是不存在的。
1845年英国人罗斯制成一具当时口径最大（1.84米）的望远镜，用这具望远镜他将许多赫歇耳未能分解的星云分解为恒星，使得宇宙岛的观念又引起人们的关注。但是，1864年英国人哈根斯使用光谱分析的方法观测星云，他发现许多星云的光谱是由几条明线组成，即是说这些星云是一些发光的气体，从而又一次否定了星系的存在。
1918年，美国天文学家沙普利根据球状星团的距离，把银河系的直径定为26万光年（由于未考虑星际消光作用，这个数字偏大了）。而在这之前，对一些漩涡星云距离的测定由于方法不对或者测量不精确，普遍被缩小了，都小于沙普利所观测的银河系的直径，因此，沙普利反对存在河外星系的见解。另一方面，美国天文学家柯蒂斯等人陆续在一些漩涡星云中找到一些新星，他根据新星的光度测定了这些漩涡星云的距离，得出这些星云的距离是很遥远的，超出了银河系的范围。1920年4月两种对立观点的代表人物展开了论战，由于当时双方的论据都不够充分，未得出最后的结论。1923年美国天文学家哈勃用当时最大的天文望远镜观测仙女座大星云，他把仙女座大星云外围部分分解为恒星，并从中找出几颗造父变星，利用造父变星能够指示距离的特性（称为造父视差），求出仙女座大星云的距离为50万光年（比实际距离要小得多），远远大于沙普利所定出的银河系的直径。后来在其他星云中也发现了造父变星，发现那些星云的距离更遥远。这样，人们才最后确认了河外星系的存在。
形状各一的星系
宇宙中星系是很多的，望远镜口径越大，能看到的星系数目越多。星系的形态多种多样，有的呈现椭圆形或圆形；有的像仙女座大星云那样有漩涡形结构，从星系中心部分伸展出呈螺旋形的亮带（叫做旋臂），有的亮带缠卷得很松，有的则较紧；有的星系从明亮的星系核心部分伸展出两条明亮的棒状结构，从棒状结构末端又伸展出漩涡臂；有的星系旋臂外端还联结一个星系；有的星系像是两个星系在互相碰撞；有的星系中间有一条黑暗的暗带……
1928年，美国天文学家哈勃根据星系的形态将星系分成三类：（一）椭圆星系，这类星系呈椭圆形，没有旋臂结构，以字母E表示。按它们椭圆的扁度又细分为E0、E1、…E7等8个次型，E后面的数字越大，表示椭圆形越扁。（二）漩涡星系，星系具有旋臂结构。这类星系又按星系核心部分是椭圆形还是出现棒状结构分为正常漩涡星系（以字母S表示）和棒旋星系（以字母SB表示）。根据旋臂缠卷由紧到松的程度，正常漩涡星系又分为Sa、Sb、Sc三个次型；棒旋星系又分为SBa、SBb、SBc三个次型。后来人们在Sa和E之间又增加了透镜星系，以SO表示。（三）不规则星系，这类星系形状不规则，没有旋臂结构，也不存在可辨认的核心，以符号Irr表示，又按它们的颜色分成IrrⅠ，颜色偏蓝；IrrⅡ，颜色发黄。
近年来，人们又增补一些类型：SBd型棒旋星系（星系核小，旋臂是断断续续的），麦哲伦型星系，矮椭圆星系（质量小，有的与球状星团差不多），特殊巨椭圆星系，活动星系（具有明显剧烈活动的星系）。活动星系又分许多种，如塞佛特星系（光谱中有异常宽的发射线）、致密星系、马卡良星系（光谱中有强紫外连续辐射）等。
星系大小、质量、光度之谜
如果知道星系的距离r，再实际测量出河外星系的角半径α，那么利用三角学算式d＝rsinα，就可计算出星系的真半径d。这种方法的原理虽然简单，但实际测定星系的角半径并不容易。由于星系的亮度从中心向外逐渐减小，其边缘很难和星空背景分开，因此确定星系边界并不容易。尽管这样，天文学家还是想出一些办法测定出了河外星系的大小。结果发现，星系之间大小相差很悬殊，最大的椭圆星系的直径达100千秒差距，即超过30万光年。
在量度星系级天体的距离和大小时，天文学家经常使用千秒差距作单位。秒差距是天文学中量度恒星距离的一种单位，1秒差距等于3.26光年，1千秒差距等于3260光年。最小星系的直径在0.1～1千秒差距之间，较小的星系一般都是椭圆星系。漩涡星系一般在5～20千秒差距范围内。应该说明，在星系外围还存在由中性氢原子组成的物质，叫做星系晕，星系晕的直径通常为星系直径的1.5～2倍大。
现在已知最大的星系是射电星系3C236，它的两个射电瓣两端相距可达6兆秒差距以上。
星系的光度指星系每秒钟辐射的总能量，质量则表示星系包含的物质总和。
星系的大小相差悬殊，星系的质量和光度也彼此各异。漩涡911星系的质量为10～10太阳质量，即太阳质量的10亿～1万倍。不规则星系的质量比漩涡星系的质量普遍要小一些。至于椭圆星系，有的很大，比漩涡星系的质量要大100～1万倍，称为巨椭圆星系；有的椭圆星系质量较小，只有太阳质量的百万倍，称为矮椭圆星系。
星系的质量是怎样测定的呢？测定星系质量的方法有两种，一种是根据星系自转速度，另一种是利用双重星系。由观测得出距离星系中心为R处的自转速度，可计算出各个R处单位质量所受的向心力，它与半径为R的轨道内的质量产生的引力相等，分析不同R处的向心力的大小即可求出星系的质量。对于双重星系，可用类似于测定双星质量的方法，根据星系的视向速度和分开的距离求出质量。
已知星系的距离和星系的视星等（视亮度），利用光度、视亮度和距离的关系式可以求出星系的光度（绝对星等）。不同类型的810星系，其光度的差别非常大，漩涡星系的光度在10～10太阳光度之间，用绝对星等表示为-15等～-21等；椭圆星系的光度彼此相6差很大，矮椭圆星系的光度为10太阳光度，绝对星等为-9等，巨11椭圆星系的光度为107太阳光度，绝对星等为-23等；不规则星系9的光度介于10太阳光度和2×10太阳光度之间，绝对星等为-13等～-18等。
怎样测定星系距离
星系是在我们银河系之外的恒星系统。银河系本身的尺度已达10万光年，河外星系距离的尺度要大得多。这么遥远的距离是怎样测定的呢？
天文学家想出了许多方法来测定星系的距离。
人们发现，利用造父变星的光度和周期关系可以测定出造父变星的距离。这种方法能不能用来测定星系的距离呢？答案是肯定的。只要在河外星系中找出造父变星，那么，造父变星的距离就可以认为是它所在的河外星系的距离。不过造父变星的光度不够大，星系再远些，用现在最大的望远镜也观测不到星系中的造父变星，这种方法就不能用了。
在有些星系中可以观测到超新星、明亮的O型星和B型星，它们的光度都很大，假定星系中的这些星的光度和银河系中的同类恒星的光度是相同的，那么根据超新星和O型星、B型星的光度和视亮度，利用光度、视亮度和距离的关系，也能求出它们的距离，这一距离也就是它们所在星系的距离。用这种方法测量的星系距离可达820万光年。
对于更为遥远的星系，可根据谱线红移的大小来测定星系的距离。
20世纪初，天文学家发现绝大多数河外星系的光谱线都有向红端位移的现象，根据多普勒定律，这表示明绝大多数星系都在远离我们，远离的速度V与红移量的大小成正比。又根据哈勃定律，星系远离速度V和星系距离r成正比：V＝Hr，H是比例常数，叫哈勃常数。因此，由谱线红移的大小可知星系远离我们的速度V，根据哈勃定律便可测定出星系的距离r。
最近和最远的星系
距离银河系最近的星系是1994年发现的一个暗弱的矮椭圆星系，它位于人马座中，距离我们地球约8万光年，实际上它与银河系中心的距离大约5万光年，只及大麦云距离的1／3。这个矮星系的大小约1万光年，是正常的矮星系直径的10倍。
最远的星系是位于室女座中的一个无名星系，它是1996年发现的，距离在80亿～120亿光年之间，天文学家们认为这一星系是非常年轻的，年龄可能只有1亿年，它正以每年30个太阳质量的速率将气体转化为恒星。顺便指出，现在已知宇宙中最遥远的天体是类星体PC1247＋3406，距离为80亿～150亿光年。这样遥远的距离意味着我们今天所看到的类星体还是它80亿～150亿年前的样子。