En protostjerne er en ung stjerne, der stadig er under dannelse. Den begynder som en tæt klump af gas og støv inde i en molekylær sky. Tyngdekraften trækker klumpen sammen, og når den kollapser, opvarmes den. Centrum bliver varmere og tættere, men den er endnu ikke varm nok til kernefusion. Protostjernen stråler ved at omdanne tyngdekraftsenergi til varme, ikke ved at fusionere brint.

Kollapset tager tid. En protostjerne med lav masse kan tage millioner af år at nå hovedserien. En protostjerne med høj masse kan kun tage et par hundrede tusinde år. I denne fase er protostjernen omgivet af en skive af gas og støv. Noget af dette materiale falder ned på protostjernen. Noget af det kan danne planeter. Noget blæses væk af jetstråler og udstrømninger.

Protostjerner er skjult inde i deres fødselsskyer. Synligt lys kan ikke trænge igennem støvet. Infrarøde teleskoper og radioteleskoper kan se igennem det og afsløre protostjernen og dens skive. James Webb-rumteleskopet har observeret protostjerner i hidtil uset detalje og fanget de jetstråler og udstrømninger, der ledsager deres dannelse.

I det øjeblik en protostjerne antænder brintfusion, bliver den en sand stjerne. Det øjeblik markerer afslutningen på dens fødsel og begyndelsen på dens lange liv på hovedserien.