星虫类也是海洋底栖动物，其分布与生活环境及生活方式与螠类相似，已报导约300种左右。星虫类的体壁也与环节动物相似，包括角质层、上皮细胞、环肌、纵肌及体腔膜。体壁肌肉因种而不同，或全部呈片状排列使体表光滑；或环肌呈片状、纵肌呈带状（或束状）；或环肌、纵肌均呈带状，以致使体表出现方格状。此外，由躯干部背腹面纵肌成束延伸到吻的基部形成吻缩肌（retractor muscle），以控制吻的出入。

身体一般呈圆柱形，体长2mm—72cm，一般在10cm左右，亦可分为吻与躯干两部分;吻或长或短，可缩入躯干前端。吻的顶端为口，口的周围围有具纤毛的触手或体褶，触手或体褶内面有很深的纤毛沟。吻的后端表面上常有刺、钩、乳突等。躯干部表面光滑，但在岩缝中生活的一些种，躯干前端加厚形成一领状的楯，用以堵塞吻出入的开口，楯上或有乳突，但无刺或钩。躯干部近前端背中线上有肛门的开口。方格星虫（Sipunculus nudus）的躯干部由于肌肉的交错排列而出现方格状。

星虫类动物具有发达的体腔，里边充满体腔液。体腔液中包含许多血细胞，如含有蚯蚓血红蛋白的红血细胞，其数量达10万/mm3，其功能在于贮存氧。当氧缺乏时，可释放出氧；因此，星虫类没有循环系统，而由体腔液担任循环功能。在体腔液中还含有具吞噬能力的变形细胞以及一种特殊的细胞丛，这些细胞丛排列成囊状或缸状，具纤毛，或固定在体腔膜上，或随体腔液的流动而流动，收集体腔中的代谢产物，最后通过肾脏排出体外。

星虫的体腔并不进入触手，虽然触手也是中空的。触手中的腔与1—2个盲管囊相通，盲管囊中也充满液体并含有细胞，有人认为它是体腔的一部分。盲管囊的收缩使液体出入触手，以引起触手的扩张与收缩。触手及体壁担任着气体交换的功能。

星虫类也是沉积取食，靠外伸的吻及触手收集沉积物，落入其上的沉积物依靠纤毛摆动引起的水流将食物颗粒送入口，吻再缩回躯干。消化道为一高度盘旋的U形管，由口经食道进入肠，肠先下行再上行盘绕在一起，肠道内的纤毛上皮推动食物在肠道内移动，下行部分可能是其消化及吸收的场所，上行部分形成粪粒并贮存，很短的直肠以肛门开口在背中线前端。

星虫类都有一对囊状后肾，由体腔中流动的或固定的细胞丛收集代谢产物，经后肾排出体外。肾孔开口在躯干部近前端腹面。

神经系统有一对脑神经节，位于食道背面，有围咽神经环及腹神经索，但无膨大的神经节。由脑给出神经到吻部、体壁及收缩肌。在体表、触手及吻上有丰富的感觉细胞，吻的末端背面有一对纤毛窝，称为项器（nuchal organ），可能是其化学感受器。

星虫类为雌雄异体，生殖细胞来自体腔膜，以肾管作为生殖导管。当雌虫接触精子后开始产卵，体外受精。经螺旋卵裂，或直接发育，或经过担轮幼虫期，在自由生活一段时期以后，发生变态并沉入海底。

星虫类虽无分节现象，但体壁、神经、后肾及胚胎发育过程都说明它们与环节动物很相似，所以一般认为星虫类是在环节动物出现分节之前就已分出的一支。