Mặt Trời được hình thành cách đây khoảng 4,57 tỉ năm khi đám mây phân tử hydro tích tụ dần lại.[150] Tuổi của Mặt Trời được xác định theo 2 cách: tuổi của các sao ở dãy chính mà hiện tại Mặt Trời đang thuộc về nhóm này, được xác định thông qua các mô hình máy tính của sự kiện tiến hóa sao và niên đại học phóng xạ hạt nhân vào khoảng 4,57 tỉ năm.[151] Trong khi phương pháp định tuổi bằng đồng vị phóng xạ của các vật liệu cổ nhất từ hệ Mặt Trời vào khoảng 4,567 tỉ năm.[152][153]

Mặt Trời hiện đã tồn tại nửa vòng đời của nó theo tiến hóa của các sao dãy chính, trong khi các phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của nó chuyển hydro thành heli. Mỗi giây có hơn 4 triệu tấn vật chất trong lõi của Mặt Trời được chuyển thành năng lượng, tạo ra neutrino và các dạng bức xạ năng lượng Mặt Trời. Với tốc độ này cho đến nay, Mặt Trời đã chuyển đổi khoảng 100 lần khối lượng vật chất Trái Đất thành năng lượng. Mặt Trời sẽ mất tổng cộng khoảng 10 tỷ năm để kết thúc sự tồn tại của nó trước khi trở thành sao lùn trắng.[154]

Kết quả của sự tăng cường nguyên tử heli một cách từ từ trong lõi của Mặt Trời, độ sáng của ngôi sao này đang từ từ tăng lên. Độ sáng của Mặt Trời sẽ tăng 10% trong 1,1 tỷ năm tới, 40% sau 3,5 tỷ năm.[155]

Mặt Trời không có khối lượng đủ lớn để kết thúc vòng đời bằng một vụ nổ tung như siêu tân tinh. Ngược lại, trong vòng 4-5 tỷ năm tới nó sẽ đi tới trạng thái sao khổng lồ đỏ của mình, diễn ra khi nguồn hiđrô trong lõi cạn kiệt. Sau đó nó bắt đầu phun trào hêli và nhiệt độ phần lõi sẽ tăng lên đến 10 triệu K và sẽ tạo ra carbon để trở thành gần như là sao khổng lồ.[26] Các phản ứng nhiệt hạch sẽ sử dụng heli làm nguyên liệu tổng hợp nên các nguyên tố nặng hơn heli, làm cho lớp ngoài cùng của Mặt Trời sẽ giãn nở, đạt đến vị trí bên ngoài quỹ đạo Trái Đất hiện tại, 1 AU (1,5×1011 m), gấp 250 lần bán kính hiện tại của Mặt Trời.[156] Tuy nhiên, theo thời gian, khi đạt tới gần một sao khổng lồ đỏ, Mặt Trời sẽ mất đi khoảng 30% khối lượng hiện tại do gió Sao, vì thế các quỹ đạo của các hành tinh sẽ dần chuyển động ra xa. Nếu như thế sẽ làm quỹ đạo Trái Đất dịch ra xa hơn về phía bên ngoài, ngăn không cho nó bị nhấn chìm, nhưng các nghiên cứu mới cho thấy rằng Trái Đất sẽ bị Mặt Trời "nuốt chửng" do các tương tác thủy triều.[156]

Thậm chí nếu Trái Đất thoát khỏi ảnh hưởng của Mặt Trời, tất cả nước sẽ bị bốc hơi và hầu hết khí trong khí quyển sẽ thoát vào không gian. Trong trường hợp Mặt Trời còn nằm trong dãy chính, nó sẽ tỏa sáng hơn một cách dần dần (khoảng 10% mỗi một tỉ năm), và nhiệt độ bề mặt của nó sẽ tăng một cách chậm chạp. Mặt Trời từng là một ngôi sao mờ nhạt trong quá khứ của nó, đó cũng là lý do có thể hợp lý để giải thích sự sống trên Trái Đất chỉ tồn tại khoảng 1 tỉ năm trên đất liền. Nhiệt độ Mặt Trời gia tăng đã diễn ra trong khoảng 1 tỉ năm, bề mặt Trái Đất sẽ trở nên rất nóng để nước có thể tồn tại ở dạng lỏng và kết thúc tất cả sự sống Trái Đất.[156][157]

Sau giai đoạn đỏ khổng lồ, các xung nhiệt khổng lồ sẽ làm cho Mặt Trời phun ra các lớp bên ngoài của nó để tạo ra tinh vân. Mặt Trời sau đó sẽ trở thành sao lùn trắng, nguội dần đi vĩnh viễn. Kịch bản tiến hóa sao này là rất điển hình đối với những sao có khối lượng thấp đến trung bình.[158][159]

Thời gian biểu tiến hóa sao của Mặt Trời và hệ Mặt Trời

Lấy mốc điểm khởi đầu hình thành hệ Mặt Trời khi sự nén ép trọng lực của tinh vân mặt trời tăng lên cách đây 5 tỉ năm.

1. Tiền Mặt Trời: kéo dài từ hàng tỉ năm đến 50 triệu năm trước khi hình thành hệ Mặt Trời. Các đám mây tích tụ lại trong vùng bán kính 20 parsec.
2. Hình thành Mặt Trời:
   1. 0 - 0,1x106 năm: Loạt bức xạ siêu tân tinh lân cận kích hoạt tạo ra các vùng đậm đặc vật chất trong đám mây phân tử
   2. 0,1x106 - 50x106 năm: Mặt Trời lúc này có dạng khởi thủy sao T-Tauri
      1. 0,1x106 - 10x106 năm: Hình thành các dạng đĩa tiền hành tinh của các hành tinh vòng ngoài, là sự tự tụ tập lại của vật chất phía diềm ngoài tinh vân Mặt Trời. Mặt Trời đặc lại và nóng lên, gió Mặt Trời thổi dạt các luồng khí liên hành tinh.
      2. 10x106 - 100x106 triệu năm: Hình thành các hành tinh kiểu đất đá vòng trong. Xuất hiện các va chạm lớn. Nước hình thành trên Trái Đất
3. Tiến trình chính: Mặt Trời bắt đầu ổn định
   1. 200x106 năm: Đá cổ xưa nhất trên Trái Đất (đã quan sát thấy) hình thành.
   2. 500 - 600x106 năm: Cộng hưởng hấp dẫn do Sao Mộc và Sao Thổ đã kéo Sao Hải Vương về phía đĩa Kuiper. Một loạt các vụ va chạm giữa các thiên thể đã xảy ra thời kỳ này
   3. 800x106 năm: Mầm mống sự sống xuất hiện trên Trái Đất.
   4. 4,7 tỉ năm: Là giai đoạn ổn định hiện tại, với sự tăng cường độ sáng và nhiệt độ của Mặt Trời khoảng 10% mỗi tỉ năm.
   5. 6 tỉ năm: Biên bề mặt Mặt Trời có thể mở rộng vượt quá quỹ đạo Trái Đất tới quỹ đạo Sao Hỏa.
   6. 7 tỉ năm: Thiên hà Andromeda tiến dần về Ngân Hà và xuất hiện khả năng dù nhỏ có thể sẽ hút hệ Mặt Trời trước khi hai thiên hà hòa nhập.
4. Hậu tiến trình chính, từ năm 10 tỉ - 12 tỉ: Giai đoạn sao khổng lồ đỏ theo tiến trình Hertzsprung-Russell.
   1. 10 - 12 tỉ năm: Mặt Trời bắt đầu bước vào quá trình đốt cháy hydro ở lớp ngoài lõi. Kể từ thời điểm này, nó đã không còn thuộc nhóm các ngôi sao thuộc dãy chính nữa. Mặt Trời dần biến thành một sao khổng lồ đỏ theo hệ thống tiến trình Hertzsprung-Russell và tỏa sáng hơn gấp nhiều lần (độ sáng có thể gấp tới 2700 lần hiện tại), lớn hơn nhiều (bán kính tăng lên gấp 250 lần) và nguội đi (còn khoảng 2726,85 K). Với kích thước cực kì lớn, Mặt Trời sẽ nuốt trọn Sao Thủy và có thể cả Sao Kim và Trái Đất.
   2. Tới giai đoạn này, sau khi đã sử dụng hết hydro, Mặt Trời phải đốt tiếp heli để duy trì sự tồn tại. Nó dần dần trở thành một sao khổng lồ mặc dù đã mất đi 30% khối lượng so với thời kì cực thịnh. Tiếp theo đó, Mặt Trời đi đến giai đoạn bùng nổ, phun ra xung quanh một lượng lớn vật chất dưới dạng ion hóa và plasma. Lõi của nó sẽ trở thành một sao lùn trắng
5. Tàn dư: Giai đoạn sao lùn trắng
   1. Ngoài 20 tỉ năm: Sao lùn trắng cạn kiệt dần năng lượng, nguội đi và trở thành sao lùn đen
   2. Ngoài 100 nghìn tỉ năm: Mặt Trời hạ nhiệt độ xuống chỉ còn vài độ K. Toàn bộ hệ Mặt Trời tham gia vào khối vật chất tối của vũ trụ