As galáxias espirais são assim denominadas devido à sua morfologia, quando vistas de "cima" apresentam uma clara estrutura em espiral em volta de um núcleo. Nos registos surgem como a tipologia de galáxia mais comum.
As galáxias em espiral possuem estrelas jovens e velhas, sugerindo que não se formaram a partir de outra galáxia mais antiga ou de um antigo choque entre duas galáxias. No núcleo existe uma predominância de estrelas mais velhas e nos braços verifica-se uma maior atividade de formação estelar. Desta forma, os núcleos das galáxias espirais têm uma tonalidade mais laranja e os braços uma tonalidade mais azul.
As galáxias espirais têm diâmetros que variam entre 20 mil anos-luz e mais de 100 mil anos-luz. Estima-se que suas massas variam de 10 biliões até 10 triliões de vezes a massa do Sol. A Via-láctea, onde se localiza o sistema solar, é uma galáxia espiral grande e massiva.
O núcleo que normalmente representa o centro das galáxias espirais é constituído por um grande grupo de estrelas em grande proximidade. As estrelas são, na sua grande maioria, estrelas velhas e de pequenas dimensões. Existe pouca matéria interestelar e, consequentemente, não existem grandes áreas de formação estelar.
No centro do núcleo galático, é frequente a existência de um ou mais buracos-negros. Em algumas galáxias espirais, os núcleos podem apresentar núcleos de formação estelar de grandes dimensões e apresentar significativas quantidades de estrelas com elevada metalicidade sugerindo que o processo de formação estelar é sustentado por processos ainda não compreendidos.
Os braços das galáxias espirais são o resultado de compressões gravíticas da massa do disco galáctico. Essas compressões gravíticas provocam a forma espiralada visível quando observada "de cima".
Nas galáxias em espiral, os braços têm a forma aproximada de espirais logarítmicas, um padrão que pode ser teoricamente demonstrado como resultado de uma perturbação numa massa de estrelas girando uniformemente. Como as estrelas, os braços espirais giram em torno do centro da galáxia, com uma velocidade angular constante. Acredita-se que os braços espirais sejam áreas de matéria de alta densidade, ou "ondas de densidade".
À medida que as estrelas se movem através de um braço, a velocidade espacial de cada sistema estelar é modificada pela força gravitacional da maior densidade e a velocidade retorna ao normal depois que a estrela sai pelo outro lado do braço. Este efeito é similar a uma “onda” de desacelerações movendo-se ao longo de uma estrada cheia de carros em movimento. Os braços são visíveis porque a alta densidade facilita a formação de estrelas, portanto eles abrigam muitas estrelas jovens e brilhantes.
A maioria das galáxias espirais possui uma faixa linear de estrelas em forma de barra que se estende para fora de cada lado do núcleo e depois se junta à estrutura do braço espiral. Na classificação de Hubble, elas são designadas por um SB, seguido de uma letra minúscula (a, b ou c) que indica a forma do braço espiral, da mesma forma como são nomeadas as galáxias espirais normais.
Acredita-se que as barras sejam estruturas temporárias que podem ocorrer como resultado de uma onda de densidade irradiando-se para fora do núcleo, ou devido a uma interação de maré com outra galáxia. Muitas galáxias espirais barradas são ativas, possivelmente como resultado de gás sendo canalizado para o núcleo ao longo dos braços.
A Via Láctea é uma grande galáxia espiral barrada em forma de disco, com cerca de 160 000 anos-luz de diâmetro. Ela contém cerca de 200 biliões de estrelas e tem uma massa total de 600 biliões de vezes a massa do Sol.