En raison des tournées incessantes du Grateful Dead, et du fait que les fans étaient autorisés à enregistrer les spectacles du groupe, de nombreuses versions live de « Dark Star » existent. L’enregistrement studio de « Dark Star » ne durait que 2:40, mais la chanson était connue pour ses longues performances live, dont beaucoup duraient de 20 à 30 minutes. D’une durée de 23 minutes (dont 13 minutes de solo de guitare de Jerry Garcia), l’interprétation populaire que l’on retrouve sur l’album live Live/Dead est un mélange de psychédélisme, de jazz et d’éléments de jam. « Dark Star » définit les débuts de la musique d’improvisation du Dead.
Après 1973, « Dark Star » est tombé dans la rotation normale des spectacles du Dead ; la chanson n’a pas été jouée du tout entre le 18 octobre 1974 et le 31 décembre 1978. Être présent pour une performance de « Dark Star » est devenu un « Graal » pour les Deadheads. La chanson est devenue si légendaire qu’elle était souvent appelée « IT » par les Deadheads dévoués. Sachant cela, les Dead taquinaient parfois l’introduction de la chanson avant de passer à une autre chanson, pour finalement la ramener à la fin des années 70, le jour de l’an 1978, à la fermeture de Winterland. Le pianiste invité semi-régulier Bruce Hornsby incorporera plus tard de telles taquineries dans ses propres concerts, sachant qu’un bon nombre de Deadheads pourraient être présents.
Après le spectacle du Nouvel An 1981, « Dark Star » n’apparaîtra qu’une fois de plus dans la première moitié des années 80 (au Hearst Greek Theatre le 13 juillet 1984) et restera en sommeil jusqu’à ce qu’il soit ressuscité lors de la légendaire série de deux jours « Formerly the Warlocks » au Hampton Coliseum de Hampton, en Virginie, le 9 octobre 1989. Peu de temps après, sous le nom de Grateful Dead, Dark Star est revenu le 16 octobre 1989 lors d’un concert au Meadowlands Arena (FKA Brendyn Byrne Arena) qui a ensuite été publié sous le titre « Nightfall of Diamonds ». Après son revival de 1989, cette chanson deviendra un dreadnought, joué fréquemment jusqu’en 1990, et occasionnellement jusqu’à la fin de la carrière du groupe. Un mémorable « Dark Star » post-revival provient du Nassau Coliseum à Uniondale, New York, le 29 mars 1990, avec le saxophoniste de jazz Branford Marsalis assis avec le groupe. L’une de ces performances a été présentée dans l’émission de radio syndiquée The Grateful Dead Hour, étendant quelque peu la légende de la chanson en dehors du cercle restreint des Deadheads ; l’intégralité de l’émission apparaît sous la forme de la sortie du coffre-fort Wake Up to Find Out.
En 1993, Phil Lesh a approché l’artiste de collage musical John Oswald pour faire un projet avec « Dark Star ». On lui a donné plus d’une interprétation différente de la chanson, entre 1968 et 1993. Oswald a ensuite construit, superposé et « plié » ces nombreuses interprétations pour produire deux grandes versions recomposées, l’une durant 59:59, et la seconde 46:46. Le projet s’appelle Grayfolded. Il s’agit du seul enregistrement connu à inclure les performances de chaque membre du groupe, depuis sa création en 1965 jusqu’en 1995. La dernière performance live de « Dark Star » par le Grateful Dead a eu lieu le 30 mars 1994 à l’Omni d’Atlanta, en Géorgie.