Um sistema estelar ou sistema estelar é um pequeno número de estrelas que se orbitam umas às outras, ligadas por atração gravitacional. Um grande número de estrelas ligadas por atração gravitacional é geralmente chamado de aglomerado estelar, mas, de modo geral, também são sistemas estelares. Os sistemas estelares não devem ser confundidos com sistemas planetários, que incluem planetas e corpos similares.

Um sistema estelar de duas estrelas é conhecido como estrela binária, sistema estelar binário ou estrela dupla física. Se não houver efeitos de maré, nenhuma perturbação de outras forças e nenhuma transferência de massa de uma estrela para a outra, tal sistema é estável. Ambas as estrelas irão orbitar ao redor do centro de massa do sistema indefinidamente. Exemplos de sistemas binários são Sirius, Procyon e Cygnus X-1, o último dos quais provavelmente consiste de uma estrela e um buraco negro.