Các ngôi sao có kích thước khác nhau từ nhỏ hơn 8 phần trăm kích thước của mặt trời đến những ngôi sao có đường kính hơn 1.800 lần mặt trời. Về khối lượng, các ngôi sao phải có đủ khối lượng để hỗ trợ phản ứng dây chuyền hạt nhân diễn ra trong lõi của một ngôi sao, có khối lượng bằng khoảng 10% khối lượng của mặt trời. Ngoài ra còn có một giới hạn về mức độ phát triển của khối lượng lớn và các nhà khoa học nghi ngờ rằng giới hạn đó là khoảng 150 lần khối lượng của mặt trời.
Các nhà khoa học mới chỉ đo trực tiếp kích thước của hai ngôi sao: mặt trời và một ngôi sao tương đối gần và lớn được gọi là Betelgeuse. Tất cả các ngôi sao khác được đo thông qua sự kết hợp của việc quan sát độ sáng, khoảng cách và nhiệt độ cảm nhận được của chúng. Đường kính của mặt trời là khoảng 864.000 dặm, và nó nặng hơn 300.000 lần khối lượng của Trái đất. Mặt trời là một ngôi sao có kích thước trung bình khá. Để so sánh, Betelgeuse có kích thước gấp 700 lần mặt trời và sáng hơn nhiều.
Các ngôi sao có thể thay đổi kích thước khi chúng già đi. Ví dụ, mặt trời sẽ tăng lên gần 300 lần kích thước hiện tại khi nó trở thành một sao khổng lồ đỏ. Ngoài ra, khi các ngôi sao lớn sụp đổ, chúng đôi khi tạo thành các sao neutron. Một số vật phẩm dày đặc nhất trong vũ trụ, sao neutron chỉ có đường kính khoảng 12 dặm, nhưng một muỗng cà phê vật chất sao neutron sẽ nặng hàng tỷ tấn.
