Zvezdna evolucija opisuje proces, v katerem se zvezde oblikujejo, gorijo daljše časovno obdobje in na koncu umrejo. Na poti se zvezda bori z gravitacijo in porabo goriva, da bi ohranila ravnovesje. Velik del evolucije zvezd je teorija, saj ljudje niso bili dovolj dolgo prisotni, da bi opazovali celoten življenjski cikel ene zvezde, a zahvaljujoč velikemu številu zvezd na različnih stopnjah, raztresenih po vesolju, je bilo mogoče narediti izobražene in inteligentna ugibanja o tem, kako se zvezde razvijajo skozi čas, in zdi se, da je proces relativno predvidljiv.
Proces evolucije zvezd se začne z nastankom zvezde. Zvezde nastanejo v tako imenovanih “velikanskih molekularnih oblakih”, ki se vrtijo v množici plinov in delcev. Sčasoma so ti oblaki podvrženi gravitacijskemu kolapsu, pri čemer nastanejo protozvezde, nebesna telesa, ki lahko postanejo zvezde. Vrsta zvezde, v katero se bo razvila protozvezda, je odvisna od njene kemične sestave. Ko se zvezda postopoma vleče skupaj, se začne pojavljati vrsta jedrskih reakcij, zaradi katerih zvezda pridobi svetilnost.
Sčasoma bo zvezda porabila svoje gorivo, ki se običajno zruši in sproži drugo verižno reakcijo dogodkov, zaradi katerih zvezda gori izjemno vroče in svetlo. Odvisno od vrste zvezde se lahko ob smrti spremeni v belo pritlikavko, nevtronsko zvezdo ali črno luknjo, pogosto pred tem dogodkom s fantastično supernovo, ki jo povzroči bežna verižna reakcija. Zvezdna evolucija se nenehno dogaja po vsem vesolju, ko zvezde prihajajo in odhajajo.
Vsako fazo življenja zvezde je mogoče narisati na grafikonu, kot je Hertzsprung-Russel diagram. Tabela primerja barvo, velikost, svetilnost in temperaturo zvezde. Zvezde določenega razreda se na takih diagramih ponavadi strmijo skupaj, kar kaže na jasne odnose med določenimi vrstami zvezd, ki jih je mogoče uporabiti za učenje več o zvezdah na splošno. Z uporabo takšne karte lahko znanstveniki opazujejo različne zvezde in jih pretvorijo v oddaljenost od Zemlje in druge koristne podatke o evoluciji zvezd.
Številne zvezde spadajo v klasifikacijo, znano kot glavno zaporedje, ki se nanaša na značilno kopico zvezd, ki jo je mogoče videti na številnih grafih, ki se uporabljajo za kartiranje zvezd po značilnostih. Sonce je primer zvezde glavnega zaporedja in bo po večini ocen ostalo stabilno še vsaj pet milijard let. Na koncu obdobja glavnega zaporedja se bo sonce spremenilo v rdečega velikana, ki se bo močno razširilo, ko bo porabilo gorivo in na poti zajelo več planetov, vključno z Zemljo.