红巨星是一颗恒星度过漫长的青壮年期，也就是主序星阶段，步入老年期时的一种状态。也就是说，红巨星是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定的阶段。至于这个不稳定阶段持续的时间长短，取决于恒星质量的不同。一般来说需要数百万年，这个时间段与恒星几十亿年甚至上百亿年的稳定期相比还是非常短暂的。恒星处于红巨星时，它的表面温度相对很低，但是其亮度会非常高。因为此时它们的体积非常巨大，在著名的赫罗图上，红巨星被看作是巨大的非主序星，其光谱属于K或M型，同时之所以被称为红巨星，一方面是因为它的颜色很红，另一方面是因为它的体积巨大。
在赫罗图中我们可以很明显地看到，红巨星的分布区域处在主星序区的右上方的一个相对密集的区域内，几乎是呈水平走向的。恒星一般是依靠它们内部的热核聚变而熊熊燃烧。核聚变的结果就是把每四个氢原子结合成一个氦原子核，从而释放出大量的原子能，形成巨大的辐射呀。如果是处于主星序阶段的恒星，其核聚变主要会发生在它们的核心部分，这个时候辐射压与它们自身的压力相平衡。这会导致恒星内部氢的燃烧消耗极快，中心会慢慢地形成氦核，而且会不断地增大。随着时间的推移，这些会和周围的氢变得越来越少，中心核产生的能量将不足以维持其辐射平衡。一旦这个平衡被打破，引力就会立刻占据上风。有着氦核和氢外壳的恒星在引力作用下会有收缩坍塌的危险，这种收缩坍塌会使得密度增大和温度急剧升高，那么此时氢的燃烧也会向周围的一个隔层里推进。
恒星演化的过程大致是内核收缩、外壳膨胀，燃烧壳层内部的氦核向内收缩，同时温度升高。而此时的恒星外壳则会因为向外膨胀不断变冷，导致其表面温度急速下降。这个过程会持续将近十万年的时间，在这个过程当中，恒星会迅速膨胀，最终变为红巨星。氦聚变只有一个结局，那就是在中心形成一颗白矮星，大部分红巨星的核心都是一个未聚变完的氦。这些红巨星的能量是由氦核外的氢燃烧包层提供的，它们在图上构成了红巨星的大部分分支。
另外一些红巨星的核心是碳，以及一些更重的元素。外部则是在燃烧的氦包层和氢包层，这就是我们在图上看到的水平渐近巨星分支。红巨星从广义上来讲，包括氢燃烧到一定程度离开主星序的所有的大光度的恒星，这一类的红巨星位于赫罗图的右方或者是右上方，这归属于巨星支或者是超巨星之的一种分类。当然总的来说红巨星是一种演化晚期的恒星。也就是说红巨星是天文学家们研究恒星演化进程的一个重要分支，所以多一些对红巨星的了解就更加有利于人们对恒星的研究
