Tähtien kehitys kuvaa prosessia, jossa tähdet muodostuvat, palavat pitkään ja lopulta kuolevat. Matkan varrella tähti kamppailee painovoiman ja polttoaineen kulutuksen kanssa yrittääkseen ylläpitää tasapainoa. Suuri osa tähtien evoluutiosta on teoriaa, koska ihmiset eivät ole olleet tarpeeksi kauan tarkkailemaan yksittäisen tähden koko elinkaarta, mutta maailmankaikkeuden ympäri hajallaan olevien tähtien suuren määrän ansiosta on ollut mahdollista tehdä koulutettuja ja älykkäät arvaukset siitä, kuinka tähdet kehittyvät ajan myötä, ja prosessi näyttää suhteellisen ennakoitavalta.
Tähtien evoluutioprosessi alkaa tähden muodostumisella. Tähdet muodostuvat niin kutsutuissa ”jättimäisissä molekyylipilvissä”, jotka pyörivät kaasu- ja hiukkasmassoja. Ajan myötä nämä pilvet romahtavat, mikä synnyttää protostareja, taivaankappaleita, joista voi tulla tähtiä. Prototähden kehittyvä tähti riippuu sen kemiallisesta koostumuksesta. Kun tähti vähitellen vetää yhteen, sarja ydinreaktioita alkaa tapahtua, jolloin tähti saa kirkkauden.
Lopulta tähti kuluttaa polttoainetta, tyypillisesti romahtaa ja käynnistää uuden ketjureaktion tapahtumista, jotka saavat tähden palamaan erittäin kuumana ja kirkkaana. Tähden tyypistä riippuen se voi muuttua kuollessaan valkoiseksi kääpiöksi, neutronitähdeksi tai mustaksi aukoksi, usein ennen tätä tapahtumaa fantastisella supernovalla, jonka aiheuttaa karannut ketjureaktio. Tähtien kehitys tapahtuu jatkuvasti kaikkialla maailmankaikkeudessa, kun tähdet tulevat ja menevät.
Jokainen tähtien elämänvaihe voidaan piirtää kaavioon, kuten Hertzsprung-Russel-kaavioon. Kaaviossa verrataan tähden väriä, kokoa, kirkkautta ja lämpötilaa. Tietyn luokan tähdillä on taipumus kaatua yhteen tällaisten kaavioiden avulla, mikä osoittaa selvät suhteet tietyntyyppisten tähtien välillä, joiden avulla voidaan oppia lisää tähdistä yleensä. Tällaisen kaavion avulla tutkijat voivat tehdä havaintoja eri tähdistä ja muuntaa ne etäisyydeksi Maasta ja muuta hyödyllistä tietoa tähtien kehityksestä.
Monet tähdet kuuluvat luokkaan, joka tunnetaan pääjärjestyksenä viitaten tähtien tähtijoukkoon, joka näkyy monissa kaavioissa, joita käytetään tähtien kartoittamiseen ominaisuuksien mukaan. Aurinko on esimerkki tärkeimmistä sekvenssitähdistä, ja useimpien arvioiden mukaan se pysyy vakaana vähintään viisi miljardia vuotta. Pääjärjestysjakson lopussa aurinko muuttuu punaiseksi jättiläiseksi, joka laajenee huomattavasti polttoaineen kulutuksen aikana ja nielaisee matkan varrella useita planeettoja, mukaan lukien Maa.