La astronomía estelar como tema fue iniciada por F.W. Herschel a través de extensas observaciones e investigaciones sobre las estrellas. En 1783, descubrió por primera vez el movimiento del sol (en el espacio) mediante el análisis de las propias estrellas y determinó la velocidad y dirección del movimiento. J.F. Herschel heredó y desarrolló la carrera iniciada por su padre y trabajó mucho en el conteo de estrellas, la observación de estrellas dobles y la recopilación de inventarios de cúmulos estelares y nebulosas. En 1837, Struff y otros midieron el paralaje triangular de las estrellas y comenzaron a medir la distancia entre estrellas. 1887 Peter Struve estimó la velocidad angular de rotación de la Vía Láctea analizando las propias estrellas. Tras el establecimiento de la astrofísica a mediados del siglo XIX, el análisis de los espectros estelares proporcionó datos importantes para la astronomía estelar. En 1907, K. Schwarzschild propuso la teoría de la distribución elipsoidal de la velocidad local de las estrellas, siendo pionero en el campo de la dinámica de las galaxias. En 1912, Loewit descubrió la relación período-luminosidad de una estrella variable cefeida, que se convirtió en un arma poderosa para medir la distancia de cúmulos estelares distantes. A partir de esto, la gente tiene una comprensión correcta de la imagen general de la Vía Láctea y de la posición del Sol en la Vía Láctea. De 1905 a 1913, Hertzsprung y H.N. Russell crearon el Herograph, que proporcionó un medio poderoso para comprender la evolución de las estrellas y calcular sus distancias. En 1918, Shapley analizó la distribución aparente de 100 cúmulos globulares de estrellas conocidos en ese momento, estimó sus distancias utilizando la relación período-luminosidad y llegó a la conclusión correcta de que la Vía Láctea es un enorme sistema celeste con forma de lente y que el sol no está en el centro. En 1927, Oort de los Países Bajos confirmó la rotación de la Vía Láctea basándose en datos de movimiento observados. Además, el establecimiento y confirmación de conceptos como sistemas secundarios de galaxias, familias estelares y asociaciones estelares han hecho importantes contribuciones al estudio de estrellas variables, cúmulos estelares y nebulosas, y a las discusiones sobre la estructura de los sistemas estelares.
El desarrollo de la radioastronomía ha proporcionado poderosas herramientas para la astronomía estelar. En 1951, los humanos comenzaron a utilizar la línea espectral de 21 cm del hidrógeno neutro para estudiar la distribución de las nubes de hidrógeno neutro en la Vía Láctea. 1952 Confirmó la estructura del brazo espiral de la Vía Láctea. En 1958 se descubrió la compleja estructura del centro de la Vía Láctea y el fenómeno de explosión en el núcleo galáctico. Desde la década de 1960 se han descubierto emisiones de radio procedentes de decenas de moléculas interestelares. Estas observaciones, que no pueden obtenerse con métodos ópticos, son muy valiosas para estudiar la rotación, la estructura del brazo espiral, el núcleo galáctico y el halo galáctico de la Vía Láctea. La dinámica galáctica se ha desarrollado enormemente desde la década de 1920. En 1942, para superar las dificultades teóricas en la formación de galaxias espirales y el mantenimiento de brazos espirales, Lindblad propuso el concepto de "ondas de densidad" que forman brazos espirales. Desde 1964, Lin Jiaqiao y otros han desarrollado la teoría de las ondas de densidad y discutido la teoría de la formación de estrellas por ondas de choque galácticas.