我们的太阳系位于较短的猎户座臂的内边缘附近，位于英仙座和射手座臂之间。 它距银河系中心约26,400光年，逆时针旋转，每2.2亿年绕银河系中心一圈。 因此在地球上，我们看不到银河系的全貌，但科学家们还是有办法描述银河系的样子。20世纪初，美国威尔逊山天文台建造了当时世界上最大的天文望远镜。 从那时起，天文学家就将以银河系作为其明显现象的恒星系统称为银河系。
1918年，还是威尔逊山天文台，建成了直径为2.54m的反射望远镜——胡克望远镜。 经过4年的观测，美国天文学家H. Shapley提出太阳系应该位于银河系的边缘，银河系的中心应该在人马座的方向。 又过了 29 年，摩根提出银河系是一个螺旋。斯皮策太空望远镜于 2003 年发射，是人类送入太空的最大红外望远镜，也是大轨道天文台计划的最后一个太空望远镜。 在对太阳系中的小行星和可观测
宇宙边缘的遥远星系进行了 10 多年的研究之后，所有恒星的图像首次被拼接在一个巨大的全景图上。 确定银河系是一个扁平的螺旋盘，太阳系位于其中一个旋臂上。
2008年，科学家通过观测证实，银河系中心确实存在一个黑洞。 2020 年 3 月 25 日，英国杜伦大学天体物理学家爱丽丝·迪森 (Alice Deason) 和她的同事利用银河系附近的星系寻找银河系的边界。 银河系直径经准确测定为190万光年，误差不超过40万光年。
2020年4月21日，南京大学发布消息：哈佛-史密森尼天体物理中心资深天文学家、美国国家科学院院士马克·里德与天文学学院教授郑兴武联合撰写的文章 南京大学空间科学与空间科学系，总结了由他们两人和德国教授卡尔·门滕领导的国际团队，是对银河系结构进行15年深入研究的成果。