Una estrella doble són dues estrelles tals que, vistes des de la Terra a ull nu, es troben tan pròximes entre si que semblen una única estrella.
Hi ha dos tipus d'estrelles dobles:
Les dobles òptiques es poden distingir de les estrelles binàries observant-les durant un llarg període, normalment anys. Si el seu moviment relatiu sembla lineal, es pot assegurar que és degut només al moviment propi i que són una doble òptica. Per contra, en el cas d'una estrella binària, l'angle de posició canvia progressivament i la distància entre aquestes oscil·la entre un màxim i un mínim.
Algunes estrelles dobles es poden observar a ull nu si es té bona vista. La més famosa d'aquestes és el parell òptic Alcor i Mizar a la constel·lació de l'Ossa Major, que ja era utilitzat en l'antiguitat com un test d'agudesa visual. Tanmateix, el primer descobriment d'una estrella doble que, a més, és binària es deu a Giovanni Battista Riccioli el 1650, quan va anunciar que ζ Ursae Majoris (Mizar) era un estel doble format per Mizar A i Mizar B. Des de llavors, la recerca d'estels dobles ha estat molt acurada, i cada estel, fins a la dècima magnitud, ha estat observat detingudament.