為了推廣星空聯盟的合作與統一形象，所有成員航空公司的飛機機身上皆繪有聯盟的五角形標誌。除了一般標準版本的機身塗裝外，所有星空聯盟成員都必須將旗下至少一架飛機改為星空聯盟的統一特殊塗裝，以提升星空聯盟的統一形象。至2005年這類星空聯盟塗裝共出現過三個版本：
第一代：第一代星空聯盟塗裝採用特殊的「多節塗裝」設計，將一架飛機的機身從頭到尾，分段塗上多間（視乎當時成員數量而定）不同航空公司的標準塗裝，並且在垂直尾翼繪上黑色背景與星空聯盟之五角星標誌。例如，聯合航空將一架機身編號N653UA的波音767-300ER改為星空聯盟塗裝，它的機首到機尾分別是聯合、北歐、巴西（Varig）、漢莎、加航與泰航等六節不同造型的塗裝（1998年時版本）。
一架繪有星空聯盟第一代「多節塗裝」的加航空中巴士A340-313X客機（C-FYLD），從機首至機尾分別可見到加航、德航、聯合航空、巴西航空、北歐航空與泰航的標準機身塗裝，各取一節拼湊成為星空聯盟特別塗裝。1999年時攝於瑞士蘇黎世機場。
第二代：由於星空聯盟陸續有更多新成員加入，因此無法在一架飛機上繪上所有成員航空公司的塗裝，新版的星空聯盟特殊塗裝因而誕生。塗裝改以白色機身為基礎，而垂直尾翼上仍繪有黑色背景與星空聯盟之五角星標誌，各間航空公司的企業識別標誌分別以一個一個正方形的格式從頭到尾排列在飛機兩側舷窗上方。
一架繪上第二代星空聯盟特殊塗裝的墨西哥航空空中巴士A320客機（F-OHMH）。2003年時攝於墨西哥城國際機場。
第三代：由於星空聯盟的成員數量眾多且陸續有航空公司加入或退出，加上部分成員（如聯合航空）在此期間宣佈更換標識和塗裝，每次成員名單一有變動或其中一名成員更換標識各成員航空公司就必須即時重繪旗下所有的特殊塗裝飛機，所費不菲。因此，第三代的星空聯盟塗裝不再強調要同時顯示出各成員的企業識別標誌，而只有一橫跨整個機身長度的「STAR ALLIANCE」字樣象徵聯盟的形象，然後在下方靠機首處繪上該成員航空公司自身的標誌，至於機尾部分則維持原來設計繪上黑色背景與星空聯盟五角星（新加坡航空除外）。此版本塗裝於2004年12月引入，各成員於2005年起陸續換上。
一架繪上第三代星空聯盟塗裝的西班牙航空（Spanair）空中巴士A320客機（EC-IPI）。2006年時攝於馬德里-巴拉哈斯機場。
目前所有第三代機身塗裝均允許航空公司在翼端帆、引擎整流罩、駕駛證舷窗下方和機身後方保留其航空公司原來的設計，而部分航空公司如其標準塗裝將飛機註冊號後兩到三位或國旗塗於機尾的話也被准許保留。
而目前所有成員航空公司中，新加坡航空、紐西蘭航空、漢莎航空和中國國際航空因其民間習俗、地位特殊和員工權益而未使用星空聯盟的標準塗裝，由於黑色對新加坡人而言是禁忌、不吉利的民間習俗，加上新加坡航空006號班機空難後禁止使用黑色作為該塗裝之垂直尾翼底色，因此星空聯盟官方特准新加坡航空以長期性使用全白色或垂直尾翼標圖LOGO版本，漢莎航空曾經也在自家空中巴士A320上採用該塗裝，但原因未知。至於黑色對紐西蘭人而言則是地位重要，則於2022年被官方特准紐西蘭航空使用全黑色版本。漢莎航空則由於與其員工之間的協議關係，旗下的空中巴士A340採用正常的第三代星空聯盟塗裝，但去除了全部漢莎航空相關元素。中國國際航空則於2019年開始仿照天合聯盟成員中國東方航空、廈門航空和前成員中國南方航空的天合聯盟塗裝開始在旗下星空聯盟塗裝垂直尾翼上添加航空公司標誌，原因未知。
下述星空聯盟塗裝作出了以下改動：
新加坡航空（當前）；漢莎航空（曾經）-「全白色」版本（2011年至今）：垂直尾翼上的星空聯盟五角星雖然不變，但背景變成了白色，其餘部分設計均與星空聯盟第三代塗裝相同。綽號「白星星」。新加坡航空於2011年起使用該版本塗裝，目前使用於3架波音777-300ER（編號：9V-SWI、9V-SWJ、9V-SWM）以及1架波音737 MAX 8（編號：9V-MBL），曾於1高架中公車A330-300（編號：9V-STU）使用「全白色」星空聯盟塗裝。而漢莎航空則曾在2018年到2019年期間在其一高架中公車A320（編號：D-AIQS）上使用該塗裝版本（2019年起改為漢莎航空標準塗裝）。
新加坡航空-「垂直尾翼標圖LOGO」版本（2004–2011年）：機身的「STAR ALLIANCE」字樣縮小，且排在「SINGAPORE AIRLINES」後，垂直尾翼則保留新加坡航空標準塗裝的設計。類似寰宇一家塗裝的排版配置。
紐西蘭航空-「全黑色」版本（2022年至今）：基本上與星空聯盟第三代塗裝相同，垂直尾翼上的星空聯盟五角星雖然不變並保留黑色為底色，但機身底色變成了黑色，機身的「STAR ALLIANCE」字樣變為白色，全球首架「全黑色」星空聯盟塗裝為空中巴士A321neo（編號：ZK-OYB），於2022年11月19日交機。
漢莎航空-A340「無航空公司元素」版本（2004年至今）：與星空聯盟第三代塗裝完全相同，但機身上並未像其他航空公司一樣在「STAR ALLIANCE」下方繪上漢莎的英文名稱「Lufthansa」，同時機頭部分的漢莎航空標誌也被移除。
中國國際航空-「機尾成員標誌」版本（2019年至今）：與星空聯盟第三代塗裝完全相同，但在機尾的星空聯盟標誌下方額外塗上了中國國際航空的標誌。