人類對(duì)銀河系的認(rèn)識(shí)是逐漸加深的，一開始，我們并不知道存在銀河系這樣的星系。

18世紀(jì)中葉，人們就已經(jīng)意識(shí)到，除行星、月球等太陽(yáng)系天體外，滿天星斗都是遠(yuǎn)方的“太陽(yáng)”，而這些“太陽(yáng)”又很可能集合在一個(gè)空間有限的巨大系統(tǒng)上。

第一個(gè)通過(guò)觀測(cè)研究恒星系統(tǒng)的是赫歇耳，他用自己磨制的反射望遠(yuǎn)鏡，計(jì)數(shù)了若干天區(qū)內(nèi)的恒星。1785年，他根據(jù)恒星計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)研究，繪制了一幅扁而平、輪廓參差、太陽(yáng)居其中心的銀河系結(jié)構(gòu)圖。不過(guò)他用50厘米和120厘米口徑望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，在發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡貫穿本領(lǐng)增加時(shí)，觀察到的暗星也增多，但是仍然看不到銀河系的邊緣。這時(shí)赫歇耳意識(shí)到，銀河系遠(yuǎn)比他最初估計(jì)的大。

赫歇耳死后，其子J.F.赫歇耳繼承父業(yè)，將恒星計(jì)數(shù)工作范圍擴(kuò)展到南半天。十九世紀(jì)中葉，開始測(cè)定恒星的距離，并編制全天星圖。

1906年，卡普坦為了重新研究恒星世界的結(jié)構(gòu)，提出了“選擇星區(qū)”計(jì)劃，后人稱為“卡普坦選區(qū)”。他于1922年得出與赫歇耳的類似的模型，也是一個(gè)扁平系統(tǒng)，太陽(yáng)居中，中心的恒星密集，邊緣稀疏。

沙普利則在完全不同的基礎(chǔ)上，探討銀河系的大小和形狀。他利用1908～1912年勒維特發(fā)現(xiàn)的麥哲倫云中造父變星的周光關(guān)系，測(cè)定了當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)有造父變星的球狀星團(tuán)的距離。在假設(shè)沒有明顯星際消光的前提下，于1918年建立了銀河系透鏡形模型，太陽(yáng)不在中心。上世紀(jì)20年代，沙普利模型已得到天文界公認(rèn)。由于未計(jì)入星際消光效應(yīng)，沙普利把銀河系估計(jì)過(guò)大。直到1930年，特朗普勒證實(shí)星際物質(zhì)存在后，這一偏差才得到糾正。

銀河系物質(zhì)約90％集中在恒星內(nèi)。1905年，赫茨普龍發(fā)現(xiàn)恒星有巨星和矮星之分。1913年，赫羅圖成名后，按照光譜型和光度兩個(gè)參量，得知除主序星外，還有超巨星、巨星、亞巨星、亞矮星和白矮星五個(gè)分支。1944年，巴德通過(guò)仙女星系的觀測(cè)，判明恒星可劃分為兩種不同的星族。一種是年輕而富金屬的天體，分布在旋臂上，與星際物質(zhì)成協(xié)。另一種是年老而貧金屬的天體，沒有向銀道面集聚的趨向。

恒星成雙、成群和成團(tuán)是普遍現(xiàn)象。在太陽(yáng)附近25秒差距以內(nèi) ，以單星形式存在的恒星不到總數(shù)之半。迄今已觀測(cè)到球狀星團(tuán)132個(gè)，銀河星團(tuán)1，000多個(gè)，還有為數(shù)不少的星協(xié)。據(jù)統(tǒng)計(jì)推論，應(yīng)當(dāng)有18，000個(gè)銀河星團(tuán)和500個(gè)球狀星團(tuán)。二十世紀(jì)初，巴納德用照相觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了大量的亮星云和暗星云。1904年，恒星光譜中電離鈣譜線的發(fā)現(xiàn)，揭示出星際物質(zhì)的存在。隨后的分光和偏振研究，證認(rèn)出星云中的氣體和塵埃成分。

近年來(lái)通過(guò)紅外波段的探測(cè)，發(fā)現(xiàn)在暗星云密集區(qū)有正在形成的恒星。