教育背景：1987年毕业于新加坡的东南亚联合世界学院；1992年获得
日本庆应义塾大学的机械工程学学士学位；1997年获得休斯顿大学库伦工程学院的航空航天工程理学硕士学位。
1992年，星出彰彦开始在日本国家宇宙开发事业团(NASDA)工作。他在这里工作的两年间，一直是名古屋办公室一员，并参与了H-II 运载火箭的研发工作。从1994年到1999年间，他在日本国家宇宙开发事业团宇航员办公室担任宇航员协助工程师，帮助发展宇航员训练项目和评估机组人员的界面设计方案。日本宇航员若田光一在接受训练和实施STS-72.任务期间，他也给予了很大帮助。
1999年2月，星出彰彦被日本国家宇宙开发事业团(现在的日本宇宙航空研究开发机构)选中，成为前往国际空间站的3名日本宇航员候选人之一。1999年4月，他开始接受国际空间站宇航员基本训练，2001年1月成为一名宇航员。自2001年4月以来，他已经接受了空间站高级训练，并帮助研发了日本实验舱“希望”号和
H-IIA运载火箭的硬件和操作程序。2003年10月1日，日本国家宇宙开发事业团与日本宇宙科学研究所(ISAS)以及日本国家航空航天实验室(NAL)合并，重新命名为日本宇宙航空研究开发机构。2004年5月，他在俄罗斯星城加加林太空训练中心完成“联盟- TMA”1号飞行工程师训练。
美国宇航局经历：2004年5月，星出彰彦到达约翰逊宇航中心。2006年2月，他完成宇航员候选人训练，这项训练包括：科学和技术简要介绍、航天飞机和国际空间站系统详细说明、生理训练、
T-38教练机飞行训练和水及野外生存训练。完成这项训练后，他获得在宇航员办公室从事不同的技术工作的资格。星出彰彦将成为STS-124任务组的一员。前往国际空间站的STS-124任务将是完成日本“希望”号实验室配件运输工作要进行的3次太空飞行活动中的第二次。该任务在2008年5月实施。
美国东部时间2021年4月23日5时49分 ，SpaceX载人龙飞船搭乘猎鹰9号火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，执行商业载人航天任务Crew-2，搭载星出彰彦在内的4名宇航员前往国际空间站，开展为期6个月的任务。
2021年6月13日消息，正在国际空间站停留的日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宇航员星出彰彦7月6日将面向日本小学生网上授课，预计将实际展示水在太空中的运动方式以及如何进食；7月2日消息，第65次远征队成员在国际空间站工作，日本宇航员星出彰彦列入其中。