ดาวฤกษ์ยังมีขอบเขตความแตกต่างของขนาดตัวดาวที่กว้างมาก ดาวนิวตรอนมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 20-40 กิโลเมตร ขณะที่ดาวแคระขาวมีขนาดใกล้เคียงกับโลก ส่วนดาวยักษ์พวก Supergiant สามารถมีขนาดใหญ่กว่า 1,500 เท่าของขนาดดวงอาทิตย์ (ดวงอาทิตย์มีขนาดรัศมีราว 695,000 กิโลเมตร) ซึ่งหมายความว่าในกรณีดาวที่ใหญ่ที่สุดนั้น สามารถมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางกว้างเกิน 1 พันล้านกิโลเมตร
อย่างไรก็ตาม ดาวยักษ์แบบ Supergiant เป็นดาวฤกษ์ที่พองตัวออกไปในระยะสุดท้ายของช่วงชีวิตดาวฤกษ์ พวกมันจึงมีความหนาแน่นน้อยกว่าดาวฤกษ์แบบดวงอาทิตย์มาก ตัวอย่างเช่น ดาวบีเทลจุส ดาวยักษ์แดงดวงนี้มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ราว 1,000 เท่า แต่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์เพียง 15 เท่า การที่บรรยากาศของดาวยักษ์แผ่ออกไปไกล จึงมีอุณหภูมิเย็นกว่าและตัวดาวมีสีแดงกว่ากรณีดาวฤกษ์ที่มีอายุราวครึ่งหนึ่งของช่วงอายุขัยปกติ
แผนภาพเปรียบเทียบขนาดของดาวฤกษ์
Credit: Dave Jarvis