Stjärnutvecklingen beskriver processen där stjärnor bildas, brinner under en längre tid och så småningom dör. Längs vägen kämpar stjärnan med gravitationen och bränsleförbrukningen i ett försök att upprätthålla jämvikten. Mycket av stjärnutvecklingen är teori, eftersom människor inte har funnits tillräckligt länge för att observera hela livscykeln för en enskild stjärna, men tack vare det stora antalet stjärnor i olika stadier utspridda runt universum har det varit möjligt att göra utbildade och intelligenta gissningar om hur stjärnor utvecklas över tiden, och processen verkar vara relativt förutsägbar.
Processen för stjärnutveckling börjar med bildandet av en stjärna. Stjärnor bildas i vad som kallas ”gigantiska molekylära moln”, virvlande massor av gaser och partiklar. Med tiden genomgår dessa moln gravitationskollaps, vilket genererar protostjärnor, himlakroppar som har potential att bli stjärnor. Vilken typ av stjärna som en protostjärna kommer att utvecklas till beror på dess kemiska sammansättning. När stjärnan gradvis drar ihop sig börjar en serie kärnreaktioner inträffa, vilket gör att stjärnan får ljusstyrka.
Så småningom kommer en stjärna att förbruka sitt bränsle, vanligtvis kollapsa och utlösa ytterligare en kedjereaktion av händelser som får stjärnan att brinna extremt varmt och ljust. Beroende på typen av stjärna kan den förvandlas till en vit dvärg, en neutronstjärna eller ett svart hål när den dör, ofta före denna händelse med en fantastisk supernova, orsakad av en skenande kedjereaktion. Stjärnutveckling sker ständigt över hela universum när stjärnor kommer och går.
Varje skede av en stjärnas liv kan ritas upp på ett diagram som Hertzsprung-Russel-diagrammet. Diagrammet jämför stjärnans färg, storlek, ljusstyrka och temperatur. Stjärnor i en viss klass tenderar att klumpa ihop sig på sådana diagram, vilket visar tydliga samband mellan specifika typer av stjärnor som kan användas för att lära sig mer om stjärnor i allmänhet. Med hjälp av ett sådant diagram kan forskare ta observationer om olika stjärnor och omvandla dem till avstånd från jorden och andra användbara data om stjärnutveckling.
Många stjärnor faller in i en klassificering som kallas huvudsekvensen, och hänvisar till en signaturkluster av stjärnor som kan ses på många plot som används för att kartlägga stjärnor efter egenskaper. Solen är ett exempel på en huvudsekvensstjärna, och den kommer att förbli stabil i minst fem miljarder år till, enligt de flesta uppskattningar. I slutet av huvudsekvensperioden kommer solen att omvandlas till en röd jätte, som expanderar avsevärt när den förbrukar sitt bränsle och uppslukar flera planeter, inklusive jorden, längs vägen.