Evoluția stelară descrie procesul în care stelele se formează, ard pentru o perioadă lungă de timp și în cele din urmă mor. Pe parcurs, steaua se luptă cu gravitația și consumul de combustibil în încercarea de a menține echilibrul. O mare parte din evoluția stelară este teorie, deoarece oamenii nu au existat suficient de mult timp pentru a observa întregul ciclu de viață al unei singure stele, dar datorită numărului mare de stele în diferite stadii împrăștiate în univers, a fost posibil să se facă educați și presupuneri inteligente despre modul în care stelele evoluează în timp, iar procesul pare a fi relativ previzibil.
Procesul de evoluție stelar începe cu formarea unei stele. Stelele se formează în ceea ce sunt cunoscuți sub numele de „nori moleculari giganți”, mase învolburate de gaze și particule. De-a lungul timpului, acești nori suferă colaps gravitațional, generând protostele, corpuri cerești care au potențialul de a deveni stele. Tipul de stea în care va evolua o protostea depinde de compoziția sa chimică. Pe măsură ce steaua se reunește treptat, încep să aibă loc o serie de reacții nucleare, determinând ca steaua să câștige luminozitate.
În cele din urmă, o stea își va consuma combustibilul, de obicei prăbușindu-se și declanșând o altă reacție în lanț de evenimente care fac ca steaua să ardă extrem de fierbinte și strălucitoare. În funcție de tipul de stea, se poate transforma într-o pitică albă, o stea neutronică sau o gaură neagră atunci când moare, precedând adesea acest eveniment cu o supernova fantastică, cauzată de o reacție în lanț fugitivă. Evoluția stelară are loc în mod constant în tot universul, pe măsură ce stelele vin și pleacă.
Fiecare etapă a vieții unei stele poate fi reprezentată pe o diagramă, cum ar fi Diagrama Hertzsprung-Russel. Graficul compară culoarea, dimensiunea, luminozitatea și temperatura stelei. Stelele dintr-o anumită clasă tind să se aglomereze pe astfel de diagrame, demonstrând relații clare între anumite tipuri de stele, care pot fi folosite pentru a afla mai multe despre stele în general. Folosind o astfel de diagramă, oamenii de știință pot lua observații despre diferite stele și le pot converti în distanță de Pământ și în alte date utile despre evoluția stelară.
Multe stele se încadrează într-o clasificare cunoscută sub numele de secvența principală, referindu-se la un grup de stele semnătură care poate fi văzut pe multe diagrame folosite pentru a reprezenta stelele după caracteristici. Soarele este un exemplu de stea din secvența principală și va rămâne stabil pentru încă cel puțin cinci miliarde de ani, conform celor mai multe estimări. La sfârșitul perioadei secvenței principale, soarele se va transforma într-o gigantă roșie, extinzându-se considerabil pe măsură ce își consumă combustibilul și înghițind mai multe planete, inclusiv Pământul, pe parcurs.