为了推广星空联盟的合作与统一形象，所有成员航空公司的飞机机身上皆绘有联盟的五角形标志。除了一般标准版本的机身涂装外，所有星空联盟成员都必须将旗下至少一架飞机改为星空联盟的统一特殊涂装，以提升星空联盟的统一形象。至2005年这类星空联盟涂装共出现过三个版本：
第一代：第一代星空联盟涂装采用特殊的“多节涂装”设计，将一架飞机的机身从头到尾，分段涂上多间（视乎当时成员数量而定）不同航空公司的标准涂装，并且在垂直尾翼绘上黑色背景与星空联盟之五角星标志。例如，联合航空将一架机身编号N653UA的波音767-300ER改为星空联盟涂装，它的机首到机尾分别是联合、北欧、巴西（Varig）、汉莎、加航与泰航等六节不同造型的涂装（1998年时版本）。
一架绘有星空联盟第一代“多节涂装”的加航空中巴士A340-313X客机（C-FYLD），从机首至机尾分别可见到加航、德航、联合航空、巴西航空、北欧航空与泰航的标准机身涂装，各取一节拼凑成为星空联盟特别涂装。1999年时摄于瑞士苏黎世机场。
第二代：由于星空联盟陆续有更多新成员加入，因此无法在一架飞机上绘上所有成员航空公司的涂装，新版的星空联盟特殊涂装因而诞生。涂装改以白色机身为基础，而垂直尾翼上仍绘有黑色背景与星空联盟之五角星标志，各间航空公司的企业识别标志分别以一个一个正方形的格式从头到尾排列在飞机两侧舷窗上方。
一架绘上第二代星空联盟特殊涂装的墨西哥航空空中巴士A320客机（F-OHMH）。2003年时摄于墨西哥城国际机场。
第三代：由于星空联盟的成员数量众多且陆续有航空公司加入或退出，加上部分成员（如联合航空）在此期间宣布更换标识和涂装，每次成员名单一有变动或其中一名成员更换标识各成员航空公司就必须即时重绘旗下所有的特殊涂装飞机，所费不菲。因此，第三代的星空联盟涂装不再强调要同时显示出各成员的企业识别标志，而只有一横跨整个机身长度的“STAR ALLIANCE”字样象征联盟的形象，然后在下方靠机首处绘上该成员航空公司自身的标志，至于机尾部分则维持原来设计绘上黑色背景与星空联盟五角星（新加坡航空除外）。此版本涂装于2004年12月引入，各成员于2005年起陆续换上。
一架绘上第三代星空联盟涂装的西班牙航空（Spanair）空中巴士A320客机（EC-IPI）。2006年时摄于马德里-巴拉哈斯机场。
目前所有第三代机身涂装均允许航空公司在翼端帆、引擎整流罩、驾驶证舷窗下方和机身后方保留其航空公司原来的设计，而部分航空公司如其标准涂装将飞机注册号后两到三位或国旗涂于机尾的话也被准许保留。
而目前所有成员航空公司中，新加坡航空、纽西兰航空、汉莎航空和中国国际航空因其民间习俗、地位特殊和员工权益而未使用星空联盟的标准涂装，由于黑色对新加坡人而言是禁忌、不吉利的民间习俗，加上新加坡航空006号班机空难后禁止使用黑色作为该涂装之垂直尾翼底色，因此星空联盟官方特准新加坡航空以长期性使用全白色或垂直尾翼标图LOGO版本，汉莎航空曾经也在自家空中巴士A320上采用该涂装，但原因未知。至于黑色对纽西兰人而言则是地位重要，则于2022年被官方特准纽西兰航空使用全黑色版本。汉莎航空则由于与其员工之间的协议关系，旗下的空中巴士A340采用正常的第三代星空联盟涂装，但去除了全部汉莎航空相关元素。中国国际航空则于2019年开始仿照天合联盟成员中国东方航空、厦门航空和前成员中国南方航空的天合联盟涂装开始在旗下星空联盟涂装垂直尾翼上添加航空公司标志，原因未知。
下述星空联盟涂装作出了以下改动：
新加坡航空（当前）；汉莎航空（曾经）-“全白色”版本（2011年至今）：垂直尾翼上的星空联盟五角星虽然不变，但背景变成了白色，其馀部分设计均与星空联盟第三代涂装相同。绰号“白星星”。新加坡航空于2011年起使用该版本涂装，目前使用于3架波音777-300ER（编号：9V-SWI、9V-SWJ、9V-SWM）以及1架波音737 MAX 8（编号：9V-MBL），曾于1架空中巴士A330-300（编号：9V-STU）使用“全白色”星空联盟涂装。而汉莎航空则曾在2018年到2019年期间在其一架空中巴士A320（编号：D-AIQS）上使用该涂装版本（2019年起改为汉莎航空标准涂装）。
新加坡航空-“垂直尾翼标图LOGO”版本（2004–2011年）：机身的“STAR ALLIANCE”字样缩小，且排在“SINGAPORE AIRLINES”后，垂直尾翼则保留新加坡航空标准涂装的设计。类似寰宇一家涂装的排版配置。
纽西兰航空-“全黑色”版本（2022年至今）：基本上与星空联盟第三代涂装相同，垂直尾翼上的星空联盟五角星虽然不变并保留黑色为底色，但机身底色变成了黑色，机身的“STAR ALLIANCE”字样变为白色，全球首架“全黑色”星空联盟涂装为空中巴士A321neo（编号：ZK-OYB），于2022年11月19日交机。
汉莎航空-A340“无航空公司元素”版本（2004年至今）：与星空联盟第三代涂装完全相同，但机身上并未像其他航空公司一样在“STAR ALLIANCE”下方绘上汉莎的英文名称“Lufthansa”，同时机头部分的汉莎航空标志也被移除。
中国国际航空-“机尾成员标志”版本（2019年至今）：与星空联盟第三代涂装完全相同，但在机尾的星空联盟标志下方额外涂上了中国国际航空的标志。