椭圆星系记为E，同旋涡星系S相比没有旋臂，同透镜状星系S0相比没有盘。颜色比旋涡星系红，主要由年老的星族Ⅱ天体组成，通常没有典型的星族Ⅰ天体——蓝巨星，也缺乏冷星际气体、尘埃和恒星形成活动。根据哈勃分类，椭圆星系按其椭率大小可分为E0、E1、E2、E3、…、E7共八个次型，E0为圆形，E7最扁。

符合上述结构与成分特征的概称为椭圆星系，都可归为球状系统。光度和大小所涵盖的范围巨大。巨椭圆星系的光度可达-24等；暗于-18等的通常被归为矮椭圆星系，标记为dE；更为暗弱的为矮椭球星系，记为dSph，从-14等可暗至-2.5等。星系的有效半径（内含总光度的一半）取值范围从0.02～20千秒差距，总体上与光度存在正相关。内的平均面亮度（星等每平方角秒）值分布在21～31之间，从E到dSph依次降低。另外，观测上还发现了一类致密的矮椭圆星系cE，其面亮度（约20）明显高于正常的光度与大小的相关性；而与cE面亮度相近，但光度极暗（-10等左右）的则称为超致密矮星系UCD。椭圆星系的各次型除了结构参数上存在显著的区别，更可能具有不同的形成方式。

面亮度中心区最高，正常椭圆星系按沃库勒律向边缘递减。也可以用更普遍的律（为Sersic指数）描述。dSph和dE的值通常小于4，有的低至1～2之间，接近于盘星系的指数分布；巨椭圆星系的值可能大于4，中心聚度更高的而外围更延展，可延至150千秒差距以外。

椭圆星系的真实形状为椭球，若第三轴短于另两个相等的轴，称为扁椭球；反之称为长椭球；若3个轴都不相等称为三轴椭球。三轴椭球的投影几何可说明某些椭圆星系等面亮度椭圆的长轴方向从内向外扭转的现象。将等面亮度线同理想椭圆的偏离作傅里叶级数展开，前三项都很小，第四个余弦项的系数若大于0，则等面亮度线类似盘状；反之，类似盒状。前一种椭圆星系光度中等，扁度可由较快的旋转说明；而后一种光度较高，射电和X射线辐射较强，几乎没有整体旋转，主要依靠内部恒星的弥散速度抗衡引力。

光度与中心速度弥散度（）的四次方大致成正比，称为费伯–杰克逊关系；、和之间存在更好的标度关系，它们在三维参数空间中定义了一个平面，称为基本面。同旋涡星系的塔利–费希尔关系类似，这些标度关系可以提供椭圆星系形成过程的线索，也常用来估计椭圆星系的相对距离。此外，椭圆星系还存在金属丰度和光度之间的相关关系，通常光度越大金属丰度越高。

20世纪后半叶，一系列X射线卫星发现许多椭圆星系存在温度高达1000万度的热气体晕，由热气体压强和引力平衡可准确推测星系的总质量，与其外围球状星团和行星状星云运动学数据估计的结果相吻合。由此得到质光比M/L（以太阳质光比为单位）约为50～100，说明椭圆星系中也存在暗物质。

高精度测光和分光观测还表明，有的（巨）椭圆星系外围存在壳状结构，有的中心区存在反转的核，有的存在新近形成的较年轻恒星和尘埃带。这些观测证据表明，它们主要是通过星系的主并合过程形成的。

椭圆星系NGC205（NASA提供）