绝大多数的海星类为雌雄异体，共有10个生殖腺，每个生殖腺由一丛葡萄状管组成。在非成熟期腺体很小，位于五个腕的基部。在生殖期，腺体很大，几乎充满了整个的腕。生殖腺雄性常白色，雌性多橙色，每个生殖腺有一个生殖孔位于反口面腕基部中央盘上。槭海星类（Astropectinidae）每个腕有许多生殖腺，排列成行，生殖孔开口在口面。少数种类为雌雄同体，例如一种海燕（Asterina gibbose），但雄性先熟，即年幼时产生雄性生殖细胞，年龄较大后变成雌性个体，产生卵。
生殖细胞均来自体腔上皮，产卵及受精均在海水中进行。一般雌性生殖细胞的存在可以刺激其他个体也排卵或雄性排精，或是精子的存在刺激雌性排卵。实验证明卵的成熟与排放是由辐神经的神经分泌细胞的分泌物所刺激。大多数种类个体产卵量很大，可达250万粒，卵小，少黄卵，间接发育。少数种产卵数目较少，卵亦大，卵黄亦多，为直接发育，但卵经母体的孵育。孵育的方法因种而不同，例如翼海星类（Pterasteridae）的一些种，卵在口面孵育；还有的种卵产于反口面中央盘上，腕基部长出长刺以保护卵，并在其中孵育。
大多数的种还要经过一自由游泳的幼虫期。由受精卵经辐射卵裂、形成囊胚，当发育到原肠胚期后，开始自由游泳。起初整个表面有纤毛，随着发育纤毛被限制在一定的纤毛带上，前端起自口，后端到肛门前，幼体靠纤毛带游泳与取食。以后口前的纤毛带形成一环状，同时体内出现三分体腔，称为双羽幼虫。它是两侧对称的。大约经历数周时间才能发育到双羽幼虫阶段。双羽幼虫经过取食、游泳一段时间之后，在前端出现三个附属的短腕，其顶端具粘着细胞，腕的基部也有粘细胞形成的吸盘，这时称短腕幼虫（brachiolaria）。
随后它用粘细胞及吸盘固着在基底上（显带类不形成短腕幼虫），然后开始变态。幼虫的前端前口叶特化成一固着柄，由幼虫的后端部分发生成体结构，幼虫的左侧变成了口面，右侧变成了反口面，成虫出现腕。幼虫的消化道退化，成虫的消化道按辐射对称发生。幼虫的后体腔变成了成体的躯体腔，后体腔的一部分也变成了围血系统。左侧的前、中体腔（即轴腔、水腔）发育成水管系统，右侧的前、中体腔退化，同时左侧的水腔发生5对突起，每对进入发育中的腕。这5对突起分别代表第一对管足。随着更多管足的形成，则用管足附着，原来固着的前端游离，并不断形成骨板。大约经历了二个月的时间发育成幼体海星，这时直径大约仅1毫米左右，身体由两侧对称变成了辐射对称，完成了变态。
幼体的生长速率及寿命因种而不同，一般1-2年后、少数4-5年后达到性成熟。生长可持续数年，寿命可达数年至10多年，个别种可达30多年。一些海星可以行无性生殖，即通过中心盘的分裂，一个海星可以变成两个。一般地说海星类都有很强的再生能力，一个腕只要带有部分中央盘都可以再生成一个整体，特别是带有筛板时更易于再生。甚至一种指海星，一个被切下的腕，也可以再生出中央盘及其他腕，但再生部分较正常的小。
海星是生活在大海中的一种棘皮动物，它们有很强的繁殖能力，寿命可达35年。全世界大概有1500种海星，大部分的海星，是通过体外受精繁殖的，不需要交配。雄性海星的每个腕上都有一对睾丸，它们将大量精子排到水中，雌性也同样通过长在腕两侧的卵巢排出成千上万的卵子。精子和卵子在水中相遇，完成受精，形成新的生命。从受精的卵子中生出幼体，也就是小海星。所以要让他们的卵子不能繁殖。
有研究者发现，一些海星具有季节性配对的习性，即雄性海星趴在雌性海星之上，五只腕相互交错。这种行为被认为与生殖有关，但其真正的功能则尚未被确认。
