Qua các kính thiên văn loại nhỏ, các quần sao cầu được nhìn thấy là một nhóm sao rất khăng khít. Các nhóm này đều có hình cầu hoặc hơi bẹt, các sao ở đó tụ tập nhiều ở trung tâm hòa vào nhau thành một vệt sáng. Chỉ khi quan sát bằng kính thiên văn có độ phân giải rất lươn như kính thiên văn vũ trụ Hơpbơn, mới có thể xem xét tách bạch từng sao đến tận trung tâm. Những quần sao lớn nhất bao gồm hơn một triệu ngôi sao. Số lượng sao trong một parsec ở khối trung tâm các quần sao cầu dao động trong khoảng từ vài trăm đến vài chục nghìn sao. Để so sánh thì trung bình trong một thể tích hơn 1 pc khối ở vùng ngoại vi Mặt Trời mới có 1 ngôi sao. Đường kính của các quần sao cầu vào khoảng từ 20 đến 100 pc.

Quấn sao cầu. Hình ảnh các sao ở tâm hòa vào nhau do hiệu ứng quang học khi chụp ảnh. Trên thực tế dù tập trung dày đặc nhưng các sao không chỉ không tiếp giáp nhau mà hầu như còn không bao giờ va chạm với nhau
Quần sao cầu là các thiên thể già nhất trong Thiên Hà của chúng ta; chúng hình thành đồng thời với thiên hà. Khi tuổi của quần sao chưa quá lớn, có rất nhiều sao với khối lượng rất khác nhau góp mặt trong quần sao. Những sao nhẹ nhất có khối lượng nhỏ hơn Mặt Trời vài lần, còn các sao nặng nhất thì nặng hơn Mặt Trời cả chục lần. Ở các sao nặng, tất cả quá trình diễn ra khẩn trương hơn ở các sao nhẹ; chúng nhanh chóng giải phóng năng lượng dự trữ của mình và "chết" đi. Do đó, hiện nay trong quần sao cầu chỉ còn các sao khối lượng nhỏ, thêm nữa là phần lớn trong số này đang ở giai đoạn sau chót của quá trình tiến hóa của mình. Khi chúng tắt đi thì trong quần sao chỉ còn lại các sao nhỏ nhất nhưng sống rất lâu. Biết rằng có bao nhiêu sao với khối lượng khác nhau trong một quần sao, có thể xác định được quần sao đã hình thành từ khi nào. Nếu đánh giá theo cách trên thì độ tuổi của các quần sao cầu sẽ là hơn 12 tỷ năm.

Quần sao cầu M13 ở chòm sao Lực Sĩ (Hercules)
Tất nhiên, các sao khối lượng lớn từng góp mặt trong đó không biến mất hoàn toàn. Chúng trở thành các sao lùn trắng, sao nơtron và có thể là các lỗ đen. Thường thì chúng bộc lộ bản thân bằng tương tác hấp dẫn với các thành viên khác của quần sao. Kết quả của tương tác này là các vụ nổ của các sao mới, các nguồn tia X và nguồn sóng vô tuyến mạch xung, tức là các punsar quan sát thấy trong các quần sao cầu.
Ra đời cùng lúc với Thiên Hà, các quần sao cầu hầu như giữ nguyên thành phần hóa học của các đám mây khổng lồ tiền Thiên Hà, mà từ đó hình thành ra chúng. Đặc điểm trong thành phần của chúng là chứa ít các nguyên tố hóa học nặng, các nguyên tố này chỉ được hình thành trong giai đoạn về sau của quá trình tiến hóa. Vào thời điểm xuất hiện các quần sao cầu, trong Thiên Hà có rất ít các nguyên tố nặng hơn heli, do đó một số quần sao chứa trong nó lượng kim loại ít hơn Mặt Trời 300 lần. Sự phân bố của các quần sao trong thiên hà phản ánh sự hình thành của chúng. Phân bố đối xứng cầu qua tâm của Thiên Hà và tập trung nhiều ở tâm. Tính chất phân bố của các quần sao không thay đổi khi các đám mây tiền thiên hà co lại, tạo ra các đĩa quay tròn
Trong các đĩa khí thời nguyên thủy này, sau này sẽ hình thành các vì sao. Trong đĩa Thiên Hà ngay cả hiện nay đang sinh ra các quần sao, đặc biệt là các quần sao mở. Ở một vài thiên hà khác, như các đám mây Magellan, các quần sao trẻ không chỉ có dạng mở mà còn có dạng cầu.