Иван Егорьевич Старов родился 5 февраля 1744 года в Москве в семье священнослужителя. В 11 лет родители отдали Ивана в гимназию при Московском университете. Иван Старов стал одним из её первых выпускников. В Санкт-Петербурге молодой человек оказался по всей видимости с Академией художеств, которую перевели в столицу из Москвы.
По результатом экзаменов в 1761 году Иван Старов занял первое место по архитектурному классу. В следующем году он стал одним из первых выпускников Академии художеств. За особые успехи в учёбе ему не только вручили шпагу (знак личного дворянства), но и золотую медаль с правом на заграничную поездку.
Осенью 1762 года молодой архитектор прибыл в Париж. Во Франции он практиковался у Шарля де Вайи, учился по программе французской Королевской Академии архитектуры. Через пять лет Старов отправился в Италию, где посетил Турин, Парму, Модену, Болонью, Флоренцию и Рим. Здесь он познакомился с творчеством А. Палладио.
В 1768 году архитектор вернулся в Санкт-Петербург. Уже в следующем году Иван Старов создал собственный проект здания Сухопутного шляхетского корпуса.
В 1772 году Старов начал работать в Комиссии о каменном строении Петербурга и Москвы, где занимался вопросами градостроительства. Зодчий участвовал в создании проектов планировок Пскова, Нарвы, Воронежа, Великого Устюга, Екатеринослава. В середине 1770-х годов Иван Старов выполнял много частных заказов, в том числе для Г. А. Потёмкина. В лице императорского фаворита Старов приобрёл могущественного покровителя.
Наиболее известными петербургскими творениями Ивана Егоровича Старова стали Свято-Троицкий собор в Александро-Невском монастыре и Таврический дворец. В 1783 году после пожара восстанавливал Князь-Владимирский собор, по проекту Ч. Камерона строил Софийский собор в Царском Селе. С 1786 года Старов являлся главным архитектором "Конторы строений Её Императорского Величества домов и садов", возглавлял работы в Мраморном, Аничковом, Чесменском дворцах. Вместе с Д. Кваренги перестраивал парадную половину Зимнего дворца.
Звание профессора Иван Егорович Старов получил в 1785 году, после чего он смог заняться преподавательской работой. С 1791 года архитектор числился членом Совета Академии художеств. В 1793 году ему пожаловали орден святого Владимира третьей степени, в 1794 году избрали адъюнкт-ректором архитектуры.
С 1800 года зодчий контролировал строительство Казанского собора.
С 1772 года зодчий жил в доме на 6-й линии Васильевского острова, принадлежавшем его жене Наталье Григорьевне Демидовой. Позже Иван Старов с семьёй переехал на Симеоновскую улицу в дом, который также являлся приданным его жены. В 1780-х годах Иван Старов построил для своей семьи собственный дом на углу той же Симеоновской улицы и набережной Фонтанки. Здесь он прожил до 1804 года, после чего переехал в двухэтажный дом с садом на Знаменской (ныне Восстания) улице (участок дома №13).
Иван Егорович Старов умер 5 апреля 1808 года. Его могила находится на Лазаревском кладбище Александро-Невской лавры.
