Kara delikler, uzay-zamanın öyle yoğun bölgeleridir ki, kütleçekimi kaçış hızının ışık hızını aştığı için ışık bile onlardan kaçamaz. Bu esrarengiz kozmik cisimlerin oluşumu, kütlelerine göre farklı mekanizmalarla gerçekleşir.
Evrende en yaygın olarak gözlemlediğimiz kara delik türü olan yıldızsal kara delikler, büyük kütleli yıldızların yaşam döngülerinin sonlarında oluşur.
Bir yıldızın ömrü boyunca, çekirdeğindeki nükleer füzyon reaksiyonları dışa doğru bir basınç oluştururken, yıldızın kendi kütleçekimi içe doğru bir çekim uygular. Bu iki kuvvet arasındaki denge, yıldızın kararlılığını sağlar. Ancak yıldızın kütlesi Güneş'in yaklaşık 8 ila 10 katından büyükse, hidrojen yakıtı bittiğinde daha ağır elementleri (helyum, karbon, oksijen vb.) füzyonla sentezlemeye başlar. Bu süreç demir çekirdeği oluşana kadar devam eder.
Demir, nükleer füzyon yoluyla enerji üretemeyen en ağır elementtir; aksine, demirin füzyonu enerji gerektirir. Yıldızın çekirdeği tamamen demirle dolduğunda, nükleer reaksiyonlar durur ve dışa doğru basınç aniden kaybolur. Bu noktada, yıldızın muazzam kütleçekimi galip gelir ve çekirdek hızla kendi içine çöker. Çekirdek o kadar hızlı ve şiddetli çöker ki, sonunda bir süpernova patlamasıyla dış katmanlarını uzaya fırlatır.
Eğer patlamadan sonra geriye kalan çekirdeğin kütlesi Güneş'in yaklaşık 2.5 ila 3 katından daha büyükse (Tolov ve Chandrasekhar limitleri), nötron yıldızı haline gelebilecek bir yoğunluğa ulaşamaz. Çekirdekteki tüm bilinen itici güçler (elektron dejenerasyon basıncı, nötron dejenerasyon basıncı) kütleçekimine karşı koyamaz ve çekirdek sonsuza dek çökmeye devam eder. Bu durum, uzay-zamanın aşırı bükülmesine neden olur ve sonunda bir "olay ufku" adı verilen, tek yönlü bir sınır oluşur. Bu sınırın ötesinden hiçbir şey, hatta ışık bile kaçamaz. Bu, yıldızsal bir kara deliğin oluşumudur.
Gökadaların merkezinde bulunan, Güneş'in milyonlarca veya milyarlarca katı kütleye sahip süper kütleli kara deliklerin oluşumu, yıldızsal kara deliklerden farklı ve daha karmaşıktır.
Süper kütleli kara deliklerin tam olarak nasıl oluştuğu henüz tam olarak anlaşılamamıştır, ancak birkaç teori bulunmaktadır:
Tohum kara delikler oluştuktan sonra, büyümeleri genellikle iki ana mekanizma ile gerçekleşir:
Kara deliklerin oluşumu, evrenin en dramatik ve enerji yoğun olaylarından bazılarını içerir. Yıldızsal kara delikler, devasa yıldızların yaşamlarının sonunda kütleçekimsel çöküşle oluşurken, süper kütleli kara delikler erken evrendeki tohumlardan başlayarak madde birikimi ve birleşmeler yoluyla büyürler. Bu oluşum süreçlerini anlamak, evrenin evrimi ve yapısı hakkında derin bilgiler sunar.