Dank der unermüdlichen Tourneen der Grateful Dead und der Tatsache, dass die Fans die Shows der Band aufzeichnen durften, existieren viele Live-Versionen von „Dark Star“. Die Studioaufnahme von „Dark Star“ dauerte nur 2:40, doch der Song war für seine langen Live-Auftritte bekannt, von denen viele 20-30 Minuten dauerten. Die populäre Version auf dem Live/Dead-Live-Album dauerte über 23 Minuten (13 Minuten davon entfielen auf Jerry Garcias Gitarrensolo) und war eine Mischung aus Psychedelia, Jazz und Jam-Elementen. „Dark Star“ definiert die frühe Improvisationsmusik der Dead.
Nach 1973 fiel „Dark Star“ aus der normalen Rotation der Dead-Shows; der Song wurde zwischen dem 18. Oktober 1974 und dem 31. Dezember 1978 überhaupt nicht mehr gespielt. Bei einer Aufführung von „Dark Star“ dabei zu sein, wurde für Deadheads zum „Heiligen Gral“. Der Song wurde so legendär, dass er von eingefleischten Heads oft als „IT“ bezeichnet wurde. Da die Dead dies wussten, spielten sie manchmal die Einleitung des Liedes, bevor sie zu einem anderen Song übergingen, und brachten es schließlich Ende der Siebzigerjahre an Silvester 1978 bei der Schließung von Winterland wieder. Der halb-reguläre Gastpianist Bruce Hornsby baute später solche Anspielungen in seine eigenen Konzerte ein, da er wusste, dass viele Deadheads anwesend sein würden.
Nach dem Neujahrskonzert 1981 sollte „Dark Star“ in der ersten Hälfte der achtziger Jahre nur noch einmal erscheinen (im Hearst Greek Theatre am 13. Juli 1984) und dann bis zur Wiederbelebung beim legendären zweitägigen Auftritt der „Formerly the Warlocks“ im Hampton Coliseum in Hampton, Virginia am 9. Oktober 1989 ruhen. Kurz darauf kehrten Dark Star unter dem Namen Grateful Dead am 16. Oktober 1989 mit einem Auftritt in der Meadowlands Arena (FKA Brendyn Byrne Arena) zurück, der später als „Nightfall of Diamonds“ veröffentlicht wurde. Nach der Wiederbelebung im Jahr 1989 wurde dieser Song zu einem Dauerbrenner, der bis 1990 und gelegentlich auch für den Rest der Bandkarriere immer wieder gespielt wurde. Ein denkwürdiges Post-Revival von „Dark Star“ stammt aus dem Nassau Coliseum in Uniondale, New York, vom 29. März 1990, bei dem der Jazz-Saxofonist Branford Marsalis die Band begleitete. Einer dieser Auftritte wurde in der Radiosendung „The Grateful Dead Hour“ ausgestrahlt, wodurch die Legende des Songs auch außerhalb des engeren Kreises der Deadheads bekannt wurde; die gesamte Sendung erschien in der Tresorveröffentlichung „Wake Up to Find Out“.
1993 wandte sich Phil Lesh an den Musikcollage-Künstler John Oswald, um ein Projekt mit „Dark Star“ durchzuführen. Ihm wurden über hundert verschiedene Aufführungen des Songs aus der Zeit zwischen 1968 und 1993 vorgelegt. Oswald baute, schichtete und „faltete“ diese vielen Darbietungen zu zwei großen, neu komponierten Versionen zusammen, von denen eine 59:59 und die zweite 46:46 dauert. Das Projekt trägt den Titel Grayfolded. Dies ist die einzige bekannte Aufnahme, die Auftritte aller Mitglieder der Gruppe von der Gründung im Jahr 1965 bis 1995 enthält. Die letzte Live-Aufführung von „Dark Star“ durch die Grateful Dead fand am 30. März 1994 im The Omni in Atlanta, Georgia, statt.