Impresionado con su trabajo, el director y cineasta George Lucas se reunió con él para hablar sobre sus planes para una película de fantasía espacial. Varios años más tarde, en 1975, Lucas encargó a McQuarrie que ilustrara varias escenas del guión de la película, Star Wars. McQuarrie diseñó muchos de los personajes de la película, incluidos Darth Vader, Chewbacca, R2-D2 y C-3PO y dibujó muchos conceptos para los decorados de la película.

Las pinturas conceptuales de McQuarrie fueron fundamentales para ayudar a Lucas a obtener la aprobación de 20th Century Fox; armado con vívidas ilustraciones de su película planificada, Lucas pudo convencer a los ejecutivos de Fox para que se arriesgaran y financiaran su proyecto Star Wars. A pesar de su escepticismo, se convirtió en un gran éxito después de su lanzamiento en 1977. Entre la cartera de Star Wars de McQuarrie había pinturas conceptuales que representaban escenas del planeta Tatooine, dentro de la cantina de Mos Eisley, dentro de la Estrella de la Muerte y en la luna de Yavin. Durante el rodaje, Lucas se aseguró de que muchos planos reprodujeran exactamente las pinturas de McQuarrie, tal era su estima por el trabajo de McQuarrie.

McQuarrie ha dicho de su trabajo en La guerra de las galaxias: "Pensé que tenía el mejor trabajo que un artista haya tenido en una película, y nunca antes había trabajado en una película. Todavía recibo cartas de admiradores. preguntándome si trabajé en el Episodio I o solo queriendo tener mi autógrafo ".

La pintura de producción de McQuarrie de R2-D2 y C-3PO vagando por el desierto en el planeta Tatooine fue la primera en completarse. Su concepto inicial para C-3PO se inspiró visiblemente en el robot Art Deco Maschinenmensch de la película Metropolis de 1927 de Fritz Lang. La pintura tuvo un impacto particular en el actor Anthony Daniels, quien estaba a punto de rechazar la parte de C-3PO; "Él había pintado una cara y una figura que tenía una calidad bastante melancólica, algo anhelante, bastante despreocupada, que me pareció muy atractiva", declaró Daniels, y el atractivo de la imagen de McQuarrie lo convenció de aceptar el papel.

Fue McQuarrie quien primero sugirió que Darth Vader debería usar un aparato de respiración. En una entrevista con Star Wars Insider Magazine, McQuarrie afirmó que la dirección artística de Lucas era retratar a una figura malévola en una capa con una armadura de Samurai. "Para Darth Vader, George Lucas acaba de decir que le gustaría tener una figura muy alta y oscura que revoloteara y que tuviera una sensación espeluznante como si viniera por el viento". McQuarrie notó que el guión indicaba que Vader viajaría entre naves espaciales y necesitaba sobrevivir en el vacío del espacio, y propuso que Vader debería usar una especie de traje espacial. Lucas estuvo de acuerdo, y McQuarrie combinó una máscara de respiración de cara completa con un casco Samurai, creando así uno de los diseños más emblemáticos del cine de fantasía espacial.

Mientras McQuarrie estaba trabajando en el trabajo de visualización para Lucas, también fue comisionado por un ejecutivo de Ballantine Books, Judy-Lynn del Rey, para producir la portada de la próxima novela de Star Wars. La primera edición de Star Wars: De las aventuras de Luke Skywalker fue a la imprenta en 1976 con la versión de McQuarrie del casco de Darth Vader en la portada. Al igual que la película, el libro fue un éxito desbocado, y McQuarrie comenzó una larga relación con el editor, produciendo la obra de arte para 22 títulos más para Del Rey Books entre 1978 y 1987.

Alrededor de la época en que McQuarrie estaba terminando su trabajo en Star Wars, fue llevado a bordo del equipo de diseño para una producción cinematográfica planificada basada en la serie de televisión de ciencia ficción de Gene Roddenberry, Star Trek. Titulado Star Trek: El planeta de los Titanes, la película iba a presentar una nave espacial USS Enterprise rediseñada, y McQuarrie fue contratado para proporcionar las visualizaciones.

Cuando Lucas comenzó a trabajar en The Empire Strikes Back (1980), McQuarrie fue una vez más traído para proveer ilustraciones de previsualización. Sus bocetos y pinturas de producción establecieron la apariencia de algunos de los elementos más perdurables de la saga, como los gigantescos AT-AT Walkers y la criatura elfa marchita Yoda. Su diseño para Cloud City, en realidad se originó a partir de sus primeros bocetos para Star Wars de 1975, cuando ilustraba un concepto para el planeta Alderaan. McQuarrie hizo un cameo sin acreditar, cuando apareció en la secuencia de apertura de la película en la base rebelde en Hoth como un personaje llamado General Pharl McQuarrie.

Para cuando McQuarrie participó en la tercera película de La guerra de las galaxias, El retorno del Jedi (1983), Lucas comenzó a experimentar una fatiga creativa. "Se volvió menos divertido a medida que pasaba el tiempo. Ya había hecho la mejor parte y estaba repitiendo todo. A pesar de su éxito anterior, menos de sus ideas de diseño se incluyeron en el corte final de la película.

McQuarrie diseñó las naves alienígenas en las películas de Steven Spielberg Close Encounters of the Third Kind (1977) y E.T. The Extra-Terrestrial (1982), mientras que su trabajo como el artista conceptual en la película de 1985 Cocoon le valió el Premio de la Academia de Efectos Visuales. También trabajó en la serie de televisión de 1978 Battlestar Galactica, y en las películas Raiders of the Lost Ark, Star Trek IV: The Voyage Home.

Rick McCallum le ofreció a McQuarrie un papel como diseñador para la trilogía de la precuela de Star Wars, pero rechazó la oferta, señalando que se había "quedado sin energía" y el animador de Industrial Light & Magic Doug Chiang fue nombrado en su lugar. McQuarrie se retiró y sus pinturas conceptuales de La Guerra de las Galaxias se exhibieron posteriormente en exhibiciones de arte. Varios de los diseños no utilizados de McQuarrie de la trilogía original se utilizaron para las series animadas Star Wars: The Clone Wars y Star Wars Rebels, y los personajes Zeb Orrelios y Chopper, basados ​​en sus diseños originales para Chewbacca y R2-D2.

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