Bilinen 33 küresel yıldız kümesindeki yıldızları çözümleyebilmişti ve aynı zamanda 37 yeni küresel yıldız kümesi daha buldu. Herschel’in 1789 yılındaki derin gökyüzü cisimleri kataloğunda, ilk defa "küresel yıldız kümesi" adını kullandı ve tanımladı.

Keşfedilen küresel yıldız kümesi sayısı gittikçe artmaya devam etti, 1915’te 83’e ulaştı, 1930’da 93’ye ulaştı ve 1947 yılı itibarıyla 97’ye ulaştı. Toplamda 152 küresel yıldız kümesi Samanyolu galaksisi içinde keşfedilmiştir. Samanyolu dışında ise 180 ± 20 gibi bir sayı olduğu tahmin ediliyor. Bu ekstra ve keşfedilmemiş küresel yıldız kümelerinin Samanyolu dışındaki gaz ve tozun arkasında gizlendiği düşünülüyor.

1914’ün başlarında, Harlow Shapley küresel yıldız kümeleriyle alakalı bir dizi çalışmaya başladı ve yaklaşık 40 civarında bilimsel makale yayımladı. Kümelerdeki RR Lyrae değişenini inceledi, buralarda sefe değişeninin olduğunu varsaymıştı. Bunların periyot-parlaklık ilişkilerini kullanarak mesafe tahminleri yaptı. Daha sonra, sefe değişenlerinden daha sönük RR Lyrae değişenleri bulundu. Bu Shapley’in kümelerin mesafelerini çok fazla hesaplamasına neden oldu.

Samanyolu galaksisi içindeki küresel yıldız kümelerinin çok büyük bir kısmı galaksi merkezi etrafında bulunuyor. 1918’de, Harlow Shapley tarafından asimetrik dağılımları kullanılarak galaksinin bütün boyutlarına karar vermek için kullanıldı. Küresel yıldız kümelerinin gök ada merkezi etrafında hemen hemen küresel bir dağılım gösterdiği farzedildi. Harlow Güneş’in galaksi merkezine göre konumunu tahmin etmek için kümelerin konumlarını kullandı.

Tahminleri önemli ölçüde hata payı içerse de, gösterdi ki galaksinin boyutları önceki halinden çok daha büyük. Hata payı Samanyolu içindeki toz bulutlarından kaynaklanıyor. Tozlar, küresel yıldız kümelerinden Dünya’ya ulaşan ışığı önemli ölçüde azaltıyor. Bu da daha uzakta görünmelerine sebep oluyor. Shapley'in tahminleri şu anda kabul edilen değerle, 10’un katları dahilinde aynıdır.

Shapley'in ölçümleri gösteriyor ki Güneş göreceli olarak galaksi merkezinden uzakta. Daha önce çıkarılan sonucun aksini söyler, önceki sonuçlar sıradan yıldızların dağılımlarıyla neredeyse aynı olduğunu gösteriyordu. Gerçekte, sıradan yıldızlar galaksi diski içindedirler. Genellikle gaz ve toz bulutları sebebiyle gizlenirler. Küresel yıldız kümeleri galaksi diski dışında konumlanmışlardır ve olduğundan çok daha fazla mesafelerde görünürler.

Shapley sonradan kümeler hakkındaki çalışmaları sebebiyle Henrietta Swope ve Helen Battles Sawyer tarafından desteklendi. 1927 ve 29 yıllarında, Harlow Shapley ve Helen Sawyer kümeleri merkeze doğru olan yoğunluk derecesine göre sınıflandırmaya başladı. En fazla yoğunluğa sahip kümeler Sınıf 1 olarak belirlendi. Azalan yoğunluğa göre, kümeleri Sınıf XII’ye kadar başarıyla belirlediler. Bu sınıflandırma Shapley-Sawyer Yoğunluk Sınıflandırması ("Shapley–Sawyer Concentration Class") olarak biliniyor. Bazen Romen rakamları yerine Sınıf 1-12 olarak sayılarla ifade ediliyor.

Küresel yıldız kümelerinin oluşumu, az anlaşılmış bir olguyu geride bırakıyor. Küresel yıldız kümelerindeki yıldızların tek bir nesilden ortaya çıkıp çıkmadığını veya yüzlerce milyon yıl içinde birçok nesilden meydana gelip gelmediğini belirsiz bırakıyor. Birçok küresel yıldız kümesinde, çoğu yıldız neredeyse yıldız evriminin aynı evresinde. Bu da aynı zamanlarda oluştuklarını destekliyor. Bununla birlikte, yıldız oluşumunun tarihçesi kümeden kümeye değişiyor. Bazı yıldız kümeleri yıldız popülasyonunun açıkça gösteriyor. Buna örnek olarak, Büyük Macellan Bulutu’ndaki küresel yıldız kümeleri çift modlu popülasyon örneği sergiliyorlar. Büyük Macellan Bulutu’ndaki küresel yıldız kümeleri, gençlikleri boyunca büyük moleküler bulutlarla çarpışmış olabilirler ve bunun sonucunda yıldız oluşum evresinin ikinci aşamasına geçmiş olabilirler. Bu yıldız oluşumu, birçok küresel yıldız kümesinin yaşı düşünüldüğünde göreceli olarak kısadır.

Aynı zamanda Evren'deki bu popülasyonun çok katlılığına sebep olarak dinamik bir kökeni olduğu önerildi. Örneğin Hubble Uzay Teleskobu Anten Galaksilerinde kümelerin kümesini gözledi, buralar galaksi içindeki yüzlerce parsek genişliğinde bölgeler. Bu bölgelerde kümelerin birçoğu en sonunda çarpışıp iç içe geçeceklerdir. Birçoğu önemli bir yelpazede asırlardır mevcuttur, iç içe geçmeleri kümelerin çiftli veya çoklu popülasyon dağılımlarına sahip olmalarına izin veriyor.

Küresel yıldız kümesi gözlemleri gösterdi ki yıldız oluşumları, etkin yıldız oluşumlarının olduğu bölgelerde yavaşça artıyor. Buralardaki yıldızlararası ortamda, normal yıldız oluşumunun olduğu bölgelere göre daha fazla kütle çekimi var. Küresel yıldız kümesi oluşumları yıldız yağmuru denen bölgelerde ve etkileşim halindeki galaksilerde yaygın. Araştırmalar, merkezdeki süper kütleli kara deliğin kütlesi ile eliptik ve merceksi galaksilerdeki küresel küme sistemlerinin boyutları arasında bir ilişki olduğunu gösteriyor. Bunun gibi galaksilerdeki, süper kütleli kara deliğin kütlesi genellikle galasinin içindeki tüm küresel yıldız kümelerinin toplam kütlesine yakındır.

Bilinen hiçbir küresel yıldız kümesi aktif yıldız oluşumu sergilemiyor. İstikrarlı bir görünümle, küresel yıldız kümeleri genellikle galaksideki en yaşlı objelerdir ve yıldızların kümelendiği ilk oluşumlardır. Çok büyük yıldız oluşum bölgeleri olarak bilinen süper yıldız kümesi, örneğin Samanyolu galaksisindeki Westerlund 1, küresel yıldız kümelerinin öncüleri olabilir.

Küresel yıldız kümeleri genellikle yüz binlerce metalliği düşük yaşlı yıldızlardan oluşur. Küresel yıldzı kümelerinde bulunan yıldızların türlerinin spiral galaksilerdeki galaksi tümseğinde bulunan yıldızlarla benzer olduğu bulundu. Ancak sadece birkaç milyon kübik parsek hacme sığdırılmıştır. Gaz ve toz bulutlarından yoksundurlar. Bütün gaz ve toz bulutunun çok uzun zaman önce yıldızlara dönüştüğü farzediliyor.

Küresel yıldız kümeleri çok yüksek yoğunluktaki yıldızlar içerebilir. Ortalama olarak bir kübik parsek başına 0.4 yıldız vardır ancak bu sayı kümenin çekirdeğine yaklaştıkça 100’e ve 1000’e ulaşabilir.
Küresel yıldız kümesi içindeki yıldızlar arasındaki tipik uzaklık yaklaşık 1 ışık yılıdır. Ancak merkezdeki mesafeler, Güneş Sistemi boyutlarıyla karşılaştırılabilir.

Bununla birlikte buraların gezegen sistemlerinin yaşamına devam edebilmesi için uygun bölgeler olduğu düşünülmüyor. Kümelerin merkezindeki yoğunluktan dolayı geçen yıldızların yörüngesindeki küçük sapmalar, gezegen yörüngelerinin dinamik olarak sabit olmamasına neden oluyor. Bir gezegen, yıldız etrafında 1 astronomik birim uzaklığındaki yörüngesinde, 47 Tucanae gibi merkezi yoğun bir küme içinde dönerken sadece 10 yıl boyunca yaşayabilir. Pulsar (PSR B1620−26) etrafında dönen bir gezegen sistemi M4 küresel yıldız kümesine aittir. Ancak bu gezegenler pulsarın oluşmasından hemen sonra oluşmuş gibi görünüyor.

Samanyolu galasisindeki, Mayall II galaksisindeki ve Andromeda Galaksisindeki Omega Centauri gibi bazı küresel yıldız kümeleri olağanüstü bir biçimde büyüktürler. Birkaç milyon güneş kütlesine ve çoklu yıldız popülasyonlarına sahiptirler. Her ikisi de, süper kütleli küresel yıldız kümelerinin aslında daha büyük galaksilerce tüketilmiş cüce galaksilerin çekirdeği olduğuna dair kanıt olarak sunuluyor. Samanyolu galaksisindeki küresel yıldız kümesi popülasyonunun yaklaşık çeyreği yakınlarındaki komşu cüce galaksilerle birleşmiş olabilir.

M15 gibi birçok küresel yıldız kümesi son derece büyük kütleli çekirdeğe sahiptir. Merkezlerinde karadelik barındırabilirler. Simülasyonlar daha az kütleli kara deliklerin, merkezdeki nötron yıldızlarının yoğunluğundan veya büyük beyaz cücelerin olabileceğini gösteriyor. Bu simülasyonlar gözlemleri güzelce açıklayabiliyor.

Küresel yıldız kümeleri normalde Popülasyon II yıldızları içerirler. Bu yıldızlar Pöpülasyon I yıldızları(örneğin Güneş) ile karşılaştırıldığında hidrojen ve helyumdan başka elementleri de düşük oranda içerirler. Astronomlar bu ağır elementleri metaller olarak adlandırırlar ve bu elementlerin orantılarını metallik olarak adlandırırlar. Bu elementler yıldız nükleosentezi sırasında üretilmişlerdir ve daha sonra yıldızlararası maddeye katılarak geri dönüştürülürler. Buralarda yıldızların bir sonraki nesline geçiş yaparlar. Bunun sonucu olarak, metallerin oranları yıldızın yaşı hakkında gösterge olabilir. Daha yaşlı yıldızlar tipik olarak daha düşük metalliğe sahiptir.

Hollandalı astronom Pieter Oosterhoff farkına vardı ki görünüşte küresel yıldız kümelerinin iki farklı popülasyonu var. Şimdilerde "Oosterhoff grupları" olarak biliniyorlar. İkinci grup nispeten daha uzun periyoda sahip RR Lyrae değişen yıldızlara sahiptir. İki grup da tayf çizgilerinin zayıf olduğu metalik elementler içerirler. Ancak Oosterhoff tip I’deki yıldızların tayf çizgileri tip II’dekilerin tayf çizgileri kadar zayıf değiller. Bu yüzden tip I metal zengini olarak adlandırılırken tip II metal fakiri olarak adlandırılır.

Bu iki popülasyon birçok galakside gözlendi, özellikle devasa büyüklükteki eliptik galaksilerde.İki grup da neredeyse Evren'in kendisi kadar yaşlı ve benze yaştalar. Ancak metal bolluğu açısından farklılık gösterirler. Birçok senaryo bu alt popülasyonları açıklamak için önerildi. Bunlardan bazıları, şiddetli gaz zengini galaksi birleşmeleri, cüce galaksilerin büyümesi ve tek bir galaksideki çoktu yıldız oluşum fazları. Samanyolu galaksimizde metal fakiri kümeler hâle ile birlikte bulunur. Metal zengini kümeler tümsek ile birlikte bulunur.

Samanyolu galaksimizde, düşük metalik özellik gösteren kümelerin büyük bir kısmının, galaksi hâlesinin dış kısmı boyunca bir düzlemde dizildiği keşfedilmiştir. Bu sonuç, galaksideki tip II kümelerinin uydu galaksilerden yakalandığı tartışmasını ortaya çıkardı. Daha önceden küresel yıldız kümesi sistemlerinin Samanyolu’nun en eski üyeleri olduğu düşünülüyordu. İki küme tipi arasındaki fark, iki galaksinin kendi küme sistemlerinden oluştuğu zaman gecikmeli olarak açıklanmış oldu.

Küresel yıldız kümeleri çok fa