Deniz yıldızı, hem cinsel hem de eşeysiz olarak üreyebilir. Hem erkek hem de dişi deniz yıldızı birbirlerinden ayırt edilemez olsa da vardır. Yumurtaları ve spermleri suya bırakarak ürerler. Sperm yumurtaları döllenir ve sonuçta ortaya çıkan larva sonunda okyanus tabanına yerleşerek büyür.
Deniz yıldızı ayrıca aseksüel olarak çoğalabilir. Deniz yıldızı kaybolursa kolu yenileyebilir. Ayrıca merkezi diskin bir kısmı kalırsa, bütün vücutlarını sadece bir koldan yenileyebilirler. Merkez disk, denizyıldızının gövdesine benzer, çünkü kolların bağlandığı yer burasıdır. Aktivite merkezi ve denizyıldızının ağzı olarak işlev görür.
Cinsel üreme şansını arttırmak için denizyıldızları genellikle yumurtlama süresi boyunca gruplar halinde toplanır. Aynı zamanda çiftleşme hazırlık durumunu kimyasal sinyallerle iletebilirler. Yumurtalar döllendikten sonra, ilk önce sadece ağız, siliyer bantlar ve anusu bulunan bipinnaria'ya dönüşürler. Brachiolaria larvalarında daha fazla kol ve yapışkan bir çukur var. Bu aşamada hayatta kalmak için yedikleri plankton ile suda yüzerler. Kirpiklerini yenerek yüzebilirler.
Polar ve derin deniz denizyıldızları genellikle yavrularını döker, dişiler döllenmiş yumurtaları yüzeylerinde veya pilor midelerinde tutar. Deniz yıldızı aslında iskelet, solungaç veya yüzgeçleri olmadığı için balık değildir. Bilimsel olarak, deniz yıldızı olarak tanımlanırlar.
