按照宇宙大爆炸理論，第一代星係大概形成於大爆炸發生後10 億年。在宇宙誕生的最初瞬間，有一次原始能量的爆發。隨著宇宙的膨脹和冷卻，引力開始發揮作用，然後，幼年宇宙進入一個稱為“暴漲”的短暫階段。
原始能量分布中的微小漲落隨著宇宙的暴漲也從微觀尺度急劇放大，從而形成了一些“溝”，星係團就是沿著這些“溝”形成的。
在宇宙誕生後的第一秒鍾，隨著宇宙的持續膨脹冷卻，在能量較為“稠密”的區域，大量質子、中子和電子從背景能量中凝聚出來。100 秒後，質子和中子開始結合成氦原子核。在不到兩分鍾的時間內，構成自然界的所有原子的成分就都產生出來了。大約再經過30 萬年，宇宙就已冷卻到氫原子核和氦原子核足以俘獲電子而形成原子了。
這些原子在引力作用下緩慢地聚集成巨大的纖維狀的雲。
不久，星係就在其中形成了。
大爆炸發生過後10 億年，氫雲和氦雲開始在引力作用下集結成團。隨著雲團的成長，初生的星係即原星係開始形成。那時的宇宙較小，各個原星係之間靠得比較近，因此相互作用很強。於是，在較稀薄較大的雲中凝聚出一些較小的雲，而其餘部分則被鄰近的雲所吞並。
同時，原星係由於氫和氦的不斷落入而逐漸增大。原星係的質量變得越大，它們吸引的氣體也就越多。一個個雲團各自的運動加上它們之間的相互作用，最終使得原星係開始緩慢自轉。這些雲團在引力的作用下進一步坍縮，一些自轉較快的雲團形成了盤狀，其餘的大致成為橢球形。這些原始的星係在獲得了足夠的物質後，便在其中開始形成恒星。這時的宇宙麵貌與今天便已經差不多了。
星係成群地聚集在一起，就像我們地球上海洋中的群島一樣鑲嵌在宇宙空間浩瀚的氣體雲中，這樣的星係團和星係際氣體伸展成纖維狀的結構，長度可以達到數億光年。如此大尺度的星係的群集在廣闊的空間呈現為球形。
宇宙中沒有兩個星係的形狀是完全相同的，每一個星係都有自己獨特的外貌。但是由於星係都是在一個有限的條件範圍內形成，因此它們有一些共同的特點，這使人們可以對它們進行大體的分類。在多種星係分類係統中，天文學家哈勃於1925 年提出的分類係統是應用得最廣泛的一種。哈勃根據星係的形態把它們分成三大類：橢圓星係、漩渦星係和不規則星係。
宇宙中的大部分大星係都是漩渦星係，其次是橢圓星係，不規則星係占的比例最小。漩渦星係自轉得比較快，其盤麵中含有大量塵埃和氣體，這些物質聚集成能供恒星形成的區域。這些區域發育出含有許多藍星的旋臂，所以盤麵的顏色看上去偏藍。而在其棒狀結構和中央核球上稠密地分布著許多年老的恒星。與漩渦星係相比，橢圓星係自轉得非常慢，其結構是均勻而對稱的，沒有旋臂，塵埃和氣體也極少。造成這種局麵的原因是早在數十億年前恒星迅速形成時就已經將橢圓星係中的所有塵埃和氣體消耗完了。其結果是造成這些星係中無法誕生新的恒星，因此橢圓星係中包含的全都是老年恒星。
宇宙中約有10 億個星係的中心有一個超大質量的黑洞，這類星係被稱為“活躍星係”。類星體也屬於這類星係。
此外，還有一類個子矮小的“矮星係”。這類星係不像大型星係那樣明亮，但其數量非常多。銀河係附近有許多矮星係，其數量比所有其他類型星係之和都多。在鄰近的星係團中也已發現了大量的矮星係。其中一些形狀規則，多半都含有星族II 的恒星；形狀不規則的矮星係一般含有明亮的藍星。
星係的形狀一般在其誕生之時就已經確定了，此後一直都保持著相對穩定，除非發生了星係碰撞或鄰近星係的引力幹擾。