在宇宙大尺度结构的研究中，星系只是被看作一个质点，它本身没有什么变化可言。但从星系内部看，也有自己的演化史。

　　幸亏由于星系离我们十分遥远和光速的有限性，我们可以通过考察距离不同（因此年龄不同）的星系来研究它们的演化历程。例如：仙女座大星云离我们２００万光年，我们今天看到的实际上是它２００万年前的面貌。同样，当我们观察距离５０００万光年的室女座星系团中的星系时，它的光是５０００万年前发出的。借助大型望远镜，我们可以看到处于宇宙深处的更年轻的星系。

　　刚刚从原始气云凝结出来的星系胚胎是什么样子，目前天文学家尚不清楚，因为在第一代明亮的恒星形成以前，这些遥远的暗弱气体是很容易逃过目前最强大的望远镜的追踪的。随着时间的推移，原始星系云开始收缩和冷却，一步步分裂为更小更密的碎片，由这些碎片中最终诞生出第一代恒星。第一代恒星比太阳要重得多，明亮得多，寿命也短得多。在大约１０００万年内便耗尽了自己的燃料，然后通过爆发形式把自己内部合成的重元素抛回星际空间，进入第二代、第三代恒星形成和演化的循环。上述过程的后果是星系越年轻，重元素的含量应越少，而颜色则应偏蓝。天文观测表明情况的确如此。

　　除了化学组成以外，星系的形态也随时间而变化。早期星系的密度比现在高得多，相邻星系在引力作用下彼此靠近，产生潮汐形变甚至合并为一的可能性也就高得多。８０年代发射的红外天文卫星发现了一批极亮的年轻星系，其中约６０％表现出潮汐形变或合并的特征：有的星系拖出一条"尾巴"，有的星系长出两支"角"，有的双星系之间有"桥"相通。