大约再经过三十万年，宇宙就已冷却到氢原子核和氦原子核足以俘获电子而形成原子了。这些原子在引力作用下缓慢地聚集成巨大的纤维状的云。不久，星系就在其中形成了。大爆炸发生过后十亿年，氢云和氦云开始在引力作用下集结成团。随着云团的成长，初生的星系即原星系开始形成。那时的宇宙较小，各个原星系之间靠得比较近，因此相互作用很强。于是，在较稀薄较大的云中凝聚出一些较小的云，而其余部分则被邻近的云所吞并。同时，原星系由于氢和氦的不断落入而逐渐增大。
原星系的质量变得越大，它们吸引的气体也就越多。一个个云团各自的运动加上它们之间的相互作用，最终使得原星系开始缓慢自转。这些云团在引力的作用下进一步坍缩，一些自转较快的云团形成了盘状；其余的大致成为椭球形。这些原始的星系在获得了足够的物质后，便在其中开始形成恒星。这时的宇宙面貌与今天便已经差不多了。星系成群地聚集在一起，就像地球上海洋中的群岛一样镶嵌在宇宙空间浩瀚的气体云中，这样的星系团和星系际气体伸展成纤维状的结构，长度可以达到数亿光年。如此大尺度的星系的群集在广阔的空间呈现为球形。
在1610年，伽利略使用他的望远镜研究天空中明亮的带状物，也就是当时所知的银河，并且发现它是数量庞大但光度暗淡的恒星聚集而成的。1755年，伊曼纽尔·康德借助更早期由托马斯·怀特工作完成的素描图，推测星系可能是由数量庞大的恒星转动体，经由重力的牵引聚集在一起，就如同太阳系，只是规模更为庞大。
2023年4月4日，一个国际天文学家团队在出版的《自然·天文学》杂志上刊发两篇论文指出，他们利用詹姆斯·韦布空间望远镜，发现了4个迄今已知最古老的星系，其中一个星系形成于宇宙大爆炸后3.2亿年，当时宇宙仍处于婴儿阶段。
第一位尝试描述银河系的形状和太阳位置的天文学家是威廉·赫歇尔，他在1785年小心的计算天空中在不同区域的恒星数目，得到了太阳系在中心的椭圆星系的图像，这与1920年卡普坦得到的结果非常类似，只是比较小些直径大约15，00秒差距。赫歇尔制作了当时最大的望远镜，发现了天王星。他同样关注恒星世界。在多年观测后，他根据天空中各个方向的恒星数量，于1785年画下了一幅银河系结构图。由于无法测定遥远恒星的距离，赫歇尔假设天空中所有恒星具有相同的发光本领，并根据实际观测到的恒星亮度来估计它们到地球的距离。他得到的银河系“画像”扁而平，具有不规则轮廓，太阳位于银河系中央。赫歇尔用统计法首次确认了银河系为扁平状圆盘的假说，从而初步确立了银河系的概念。
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