『美しい星』の発表当時の反応は概ね肯定的なものが多いが、中にはその評価を巡って評者同士の激しい論戦にまで発展するなど、大きな波紋を呼んだ。谷崎潤一郎なども、この作品に関心を寄せて高評し、人を介して三島にその旨を伝えていた。
平野謙は、大杉と羽黒らの論争を作品の中心部と捉えつつ、その白熱部が三島自身の現代人・現代史批判ともなっている注目点とし、「作者の迅速な頭脳回転の速度と小説ジャンルの拡大の意欲に、ひとまず敬意」を表しつつ、三島の試みを評価している。村松剛は、現代的なテーマである〈人類の滅亡〉という巨大な不安を、「ともかくこれだけうまくあつかい得た作品は、ほかにはなかったのではないか」と高評している。
手塚富雄は、三島がそれまでの日本文学のルールを破り、「仮構とイロニーによって、新生命を開こうと意図している」ことは理解しつつも、「趣向を立てようとする作者の熱意が既成のルートの上のもの」で、「意欲と方法だけでは新しい文学はうまれない」と説いて、「精巧極まる文学機械」に三島を喩えつつ、「伝統と現代との両者の感覚をふまえた最高級の戯作者になる資質と方向」を『美しい星』に看取している。
武田泰淳は、三島が「人間が生み出す美と愛に、あまりにも熱心にこだわりすぎるからこそ、地球以外の星を、小説の要素にとり入れたのだ」とし、「（対立する二組が）悪の黒、善の白と衣裳と化粧が色わけされて、象徴的に単純化されているところがふつうのリアリズムに欠けている美学的な成功を可能にしている」と指摘している。
江藤淳は、「SF（サイエンス・フィクション）という現代通俗小説の一ジャンルの道具だてを意図的に使って」それを逆用し、「現代生活の中に涸渇しかけている神話を呼び戻すのに役立て」た、その方法の巧みさを高く評価しながら、この作品で展開されている「世界の成立の根元」に関する「人間はこの地上に、生きのびるためにいるのか、破滅するためにいるのか」という「根元的かつ現代的な」問いを問う資格は衰弱した現代人には無く「宇宙人」だけがその問いに耐え得ることを作者は知っているとし、「従来の三島文学に乏しかった一種のヒューモア」が「宇宙人と人間との接点」から生じていると解説している。