2001年，段星羽出生于
湖南省郴州市，并在那里读书、成长。2020年，高中毕业的她参加了全国
艺考，最终以全国第三名的成绩被上海戏剧学院表演系本科班录取。
2021年9月1日，段星羽主演的玄幻电影《
西游魔童红孩儿》在
爱奇艺播映，其在片中饰演外柔内刚的龙女，而这也是她的首部影视剧作品；10月22日，段星羽还在播出的武侠古装剧《
刺客学苑》中饰演了霸气萌妹
姹紫飞嫣；同年，主演的青春偶像剧《
偶然发现的夏天》开机，她在剧中饰演的是可爱鬼马的二次元漫画家
夏天。
2023年8月22日，主演的奇幻爱情剧《
不一样的萧先生》在爱奇艺播出，其在剧中饰演出生于中医世家的鬼马漫画家
宋忆橘；同年，她还主演了网络微短剧《
朝朝暮暮美人妆》；11月3日，段星羽与
白鹿、
王鹤棣、
沈羽洁等人共同主演的都市言情剧《
以爱为营》在湖南卫视播出，她在剧中饰演了职场新人
程蓓儿。
2024年6月26日，主演的都市家庭情感剧《
上有老下有小》播出，她在剧中饰演的是古灵精怪的元气少女张依依；8月12日，出演的古装爱情轻喜剧《
柳舟记》播出；9月23日，出演的热血冒险剧《
镇魂街之热血再燃》播出；10月23日，参演的电视剧《
妆心记》播出；11月1日，出演的古装传奇剧《
珠帘玉幕》播出。11月10日，参演的电视剧《十万狂花入梦来》杀青。
荧屏下的段星羽古灵精怪、阳光可爱，其晒出的照片也经常给人带来一种“鬼马少女、元气甜妹”感，而这与网络剧《不一样的萧先生》中“宋忆橘”的形象颇为贴合。此外，段星羽对表演有着颇强的自我理解和特点。她在拍戏过程中，为了能够更好、更多角度的呈现角色，除了不断研究剧本和角色细节外，还会经常和导演一起探讨该如何呈现出更好地表演。自出道后，她不停地尝试各类角色，踏实前进，不疾不徐，凭借真诚的态度在业界收获了不少好评，也让大众发现了她的强可塑性。（中国青年网、北青网评）