Galaksi
sampai pada kesimpulan berupa sebuah gambar galaksi elipsoid kecil (dengan garis tengah kira-kira 15kiloparsec) dengan matahari terletak dekat dengan pusat galaksi. Metode yang berbeda oleh Harlow Shapley berdasarkan pengatalogan gugus bola menghasilkan gambar yang sangat jauh berbeda: sebuah piringan pipih dengan garis tengah kira-kira 70kiloparsec dan matahari terletak jauh
dari pusat galaksi. Kedua analisis tersebut gagal memperhitungkan penyerapan cahaya oleh debu antarbintang yang ada di bidang galaksi, namun setelah Robert Julius Trumpler menghitung efek ini pada tahun 1930 dengan mempelajari gugus terbuka, gambaran terkini galaksi tuan rumah kita, Bima Sakti, terlahir.
Pada abad ke-10, astronom Persia As-Sufi membuat pengamatan yang tercatat paling awal terhadap galaksi Andromeda, menggambarkannya sebagai "awan kecil". As-Sufi yang menerbitkan temuannya dalam Kitab Bintang-Bintang Tetap pada tahun 964, juga mengenali Awan Magellan Besar yang dapat dilihat dari Yaman, walau bukan dari Isfahan; dan galaksi ini tidak akan dilihat
oleh orang Eropa hingga perjalanan Magellan pada abad ke-16. Galaksi Andromeda ditemukan kembali secara terpisah oleh Simon Marius pada tahun 1612. Hanya kedua galaksi inilah galaksi di luar Bima Sakti yang mudah dilihat dengan mata telanjang, menjadikan keduanya sebagai galaksi-galaksi pertama yang diamati dari bumi. Pada tahun 1750 Thomas Wright dalam bukunya An original theory or new
hypothesis of the Universe (Teori asli atau hipotesis baru tentang Alam Semesta), berspekulasi (namun benar) bahwa Bima Sakti adalah sebuah badan berputar dari bintang-bintang, dan bahwa beberapa nebula yang tampak di malam hari bisa jadi merupakan Bima Sakti yang lain.
Menuju akhir abad ke-18, Charles Messier menghimpun sebuah katalog yang berisi 109 nebula (objek angkasa dengan tampilan berkabut) yang paling terang, yang kemudian diikuti dengan sebuah katalog yang lebih besar yang berisi 5000 nebula disusun oleh William Herschel. Pada tahun 1845, Lord Rosse membangun sebuah teleskop baru yang mampu membedakan nebula elips dan spiral. Dia juga berhasil membedakan titik-titik sumber cahaya tunggal di beberapa nebula ini.
Pada tahun 1912 Vesto Slipher membuat penelitian dengan spektrografi terhadap nebula-nebula spiral paling terang untuk menentukan apakah mereka terbuat dari bahan-bahan kimia yang diharapkan ada dalam sebuah sistem planet. Namun Slipher menemukan bahwa nebula spiral memiliki geseran merah yang tinggi, menunjukkan bahwa mereka sedang bergerak menjauh dengan kecepatan yang lebih tinggi dari
kecepatan lepas Bima Sakti. Karena itu disimpulkan bahwa galaksi-galaksi tersebut tidak terikat secara gravitasi pada Bima Sakti dan kecil kemungkinannya merupakan bagian dari Bima Sakti.
Pada tahun 1917, Heber Curtis mengamati bahwa terdapat sebuah bintang baru, S Andromedae, dalam "Nebula Andromeda Besar" (sebagaimana Galaksi Andromeda, Objek Messier M31 dikenal saat itu). Dengan mencari rekaman foto, dia menemukan 11 bintang baru lainnya. Curtis memperhatikan bahwa bintang-bintang baru ini rata-rata 10magnitudo lebih redup dibandingkan dengan bintang-bintang baru yang muncul di
galaksi kita. Sebagai hasilnya dia dapat menghitung perkiraan jaraknya adalah 150.000parsec. Dia menjadi pendukung hipotesis yang disebut "island universes" yang beranggapan bahwa nebula spiral sebenarnya adalah galaksi tersendiri.
Pada tahun 1920, apa yang disebut "Debat Besar" terjadi antara Harlow Shapley and Heber Curtis mengenai sifat Bima Sakti, nebula spiral dan dimensi alam semesta. Untuk mendukung klaimnya yang menyatakan Nebula Andromeda Besar merupakan sebuah galaksi luar, Curtis menunjukkan bukti berupa munculnya jalur-jalur gelap menyerupai awan debu yang terdapat pada Bima Sakti dan juga pergeseran Doppler yang cukup besar.
Permasalahan tersebut terselesaikan dengan pasti pada tahun 1922 ketika astronom Estonia Ernst pik memberikan penentuan jarak yang mendukung teori bahwa Nebula Andromeda adalah benar merupakan sebuah objek luar galaksi yang jauh. Dengan menggunakan teleskop 100inci baru milik Observatorium Gunung Wilson, Edwin Hubble berhasil menentukan bahwa bagian luar sebagian nebula spiral merupakan kumpulan dari
bintang-bintang tunggal dan mengidentifikasi beberapa Bintang variabel Chepeid, yang memungkinkannya memperkirakan jarak nebula-nebula tersebut: mereka terlalu sangat jauh untuk dapat menjadi bagian dari Bima Sakti. Pada tahun 1936 Hubble menciptakan sebuah sistem klasifikasi untuk galaksi yang masih dipergunakan hingga saat ini yakni urutan Hubble.
Pada tahun 1944, Hendrik van de Hulst memperkirakan akan adanya radiasi gelombang mikro dengan panjang gelombang 21 cm yang berasal dari gas antarbintang yang berisi atom hidrogen; radiasi ini diamati pada tahun 1951. Radiasi ini memungkinkan penelitian yang jauh lebih baik terhadap galaksi Bima Sakti, karena radiasi tersebut tidak terpengaruh penyerapan oleh debu
antarbintang, dan pergeseran Doppler-nya dapat digunakan untuk memetakan pergerakan gas tersebut di dalam galaksi. Pengamatan ini mendorong terciptanya postulat tentang struktur batang yang berputar pada pusat galaksi. Dengan teleskop radio yang ditingkatkan, gas hidrogen dapat juga dilacak pada galaksi-galaksi lain.
Pada tahun 1970, berdasarkan penelitian Vera Rubin terhadap kecepatan rotasi gas dalam galaksi, ditemukan bahwa total massa terlihat (bintang dan gas) tidak sesuai dengan kecepatan berputar gas tersebut. Masalah perputaran galaksi ini dikira dapat dijelaskan dengan adanya sejumlah besar materi gelap yang tak terlihat.
Sejak tahun 1990-an, Teleskop Angkasa Hubble menghasilkan pengamatan yang lebih baik. Di antaranya, hasil pengamatan dengan Teleskop Hubble membuktikan bahwa materi gelap yang hilang dalam galaksi kita tidak mungkin pada dasarnya hanya terdiri dari bintang-bintang redup atau kecil. Hubble Deep Field, sebuah foto dengan eksposur yang sangat panjang wilayah langit yang relatif kosong, memberikan bukti bahwa
terdapat kira-kira 125 miliar (1.251011) galaksi di alam semesta. Peningkatan dalam teknologi pendeteksian spektrum-spektrum tak kasat mata (teleskop radio, kamera inframerah, dan teleskop sinar x) memungkinkan pendeteksian galaksi-galaksi lain yang tidak terdeteksi sebelumnya oleh teleskop Hubble. Secara khusus, survei galaksi dalam zona langka galaksi (wilayah langit yang terhalang oleh Bima Sakti) berhasil menunjukkan sejumlah galaksi baru.
Galaksi dapat dikelompokkan dalam tiga jenis utama: eliptis, spiral dan tak beraturan. Gambaran yang lebih lengkap mengenai jenis galaksi berdasarkan bentuknya bisa didapatkan dalam sistem klasifikasi Hubble. Karena sistem klasifikasi Hubble hanya berdasarkan pada pengamatan visual, klasifikasi ini mungkin melewatkan beberapa karakteristik penting dari galaksi, seperti laju pembentukan bintang (di galaksi starburst) dan aktivitas inti galaksi (di galaksi aktif).
Sistem klasifikasi Hubble membedakan galaksi eliptis berdasarkan tingkat keelipsannya, dari E0 yang hampir berupa lingkaran, hingga E7 yang sangat lonjong. Galaksi dalam kategori ini memiliki bentuk dasar elipsoid, sehingga tampak elips dari berbagai sudut pandang. Galaksi tipe ini tampak memiliki sedikit struktur dan sedikit materi antarbintang, sehingga galaksi demikian memiliki sedikit
gugus terbuka dan laju pembentukan bintang yang lambat. Galaksi tipe ini didominasi oleh bintang tua yang beredar mengelilingi pusat gravitasi dengan arah yang acak. Bintang-bintang dalam galaksi ini memiliki sedikit unsur-unsur berat karena pembentukan bintang sudah berhenti setelah lonjakan awalnya. Dalam hal tersebut, galaksi tipe ini mirip dengan gugus bola.
Galaksi-galaksi terbesar di alam semesta berbentuk galaksi eliptis raksasa. Kebanyakan galaksi eliptis dipercayai terbentuk akibat interaksi antar galaksi yang menyebabkan tabrakan atau penggabungan. Galaksi starburst merupakan akibat dari tabrakan yang demikian dan dapat menyebabkan pembentukan galaksi eliptis.