1975年『鋼鉄のクイーン』で漫画家デビューを果たす。同年『はるかなる朝』で第九回手塚賞に入選。

『週刊少年ジャンプ』で『ブルーシティー』を連載開始し、本格的な作家活動に入る。

翌1976年に『葬送船団』で月例ヤングジャンプ賞入賞。以後『巨人たちの伝説』『妖女伝説』（初の青年漫画誌連載）を発表。

1983年に『ヤマトの火』を発表。以後、『2001夜物語』『ヤマタイカ』と代表作となる作品群を発表する。

1992年には『ヤマタイカ』が星雲賞コミック部門を受賞。

2008年には『宗像教授異考録』が文化庁メディア芸術祭マンガ部門優秀賞に選ばれた。

他作家のSF小説のコミカライズを担当することもあり、ジェイムズ・P・ホーガン『星を継ぐもの』で2013年に星雲賞コミック部門を再受賞した。

2015年には大英博物館の展示会「Manga Now: Three Generations」でちばてつや、中村光とともに作品が展示された。

2020年には、デビュー45周年を記念して、インタビューや表紙イラストなどが掲載された『文藝別冊 総特集星野之宣』（河出書房新社）が刊行された。