Сергей Старостин родился в 1956 году в Одинцово в семье музыкантов. Обучался в Московской хоровой капелле мальчиков. Окончил Московскую государственную консерваторию имени П. И. Чайковского по классу кларнета (1981). На первом курсе принял участие в этнографической экспедиции по Рязанской области, после чего увлекся фольклором. Выезжал в Рязанскую, Пензенскую, Смоленскую, Тверскую, Воронежскую, Курскую, Белгородскую, Калужскую, Ярославскую, Орловскую области, в Мордовию и Краснодарский край, где записал более 3000 народных песен. Многие из них были включены им в концертные программы – сольные и в составе разных ансамблей. Также исполняет собственные песни, коллекционирует и восстанавливает народные музыкальные инструменты (жалейки, рожки, калюки, гусли, лиры и др.).
Сергей Старостин выступал в составе Moscow Art Trio (с Михаилом Альпериным и Аркадием Шилклопером). Сотрудничал со многими известными фольклорными и рок-музыкантами и коллективами, в том числе с Инной Желанной, Лукерьей Кошелевой, Мари Бойне, группами «АукцЫон», «Волковтрио», «Отава Ё», «Жили-были», «Живая земля», «Мегаполис», Time Zone, «Хуун-Хуур-Ту», «Маша и Медведи», «Рада & Терновник», Zventa Sventana, «Тесто», ансамблем духовной музыки «Сирин», болгарским женским хором Angelite. Основал фольклорный ансамбль «Виртуальная деревня».
Заведующий сектором актуализации традиционной народной культуры Центра русского фольклора Государственного Российского Дома народного творчества имени В. Д. Поленова, председатель правления Российского фольклорного союза. Автор статей, опубликованных в научных сборниках.
Председатель жюри фестивалей «Мир Сибири» (Красноярский край), «Двенадцать ключей» (Тульская область), фестиваля традиционной инструментальной музыки «Улица» (Москва), член жюри фестивалей «Древо» (Алтайский край), «Томский этнофорум» (Томск), «Инструментальная традиция» (Чебоксары), «Голоса традиции» (Темрюк). Художественный руководитель фольклорного фестиваля «Зов ополчения» в Нижегородской области (2012–2014).
Проводит мастер-классы по традиционному народному пению и игре на народных инструментах во многих регионах России и за рубежом.
Автор и ведущий телевизионных передач «Мировая деревня» на ВГТРК (1991–1998), «Странствия музыканта» на телеканале «Культура» (2006–2012).
Номинировался на премию BBC Radio III как лучший европейский исполнитель в стиле Word Music (2003). Обладатель Гран-при конкурса «Еврорадио» имени Светозара Страчины в Братиславе (2011, Словакия), «Этнофорума» в Томске (2013).
Награжден почетными грамотами Министерств культуры Красноярского и Алтайского края, Нижегородской области, медалью «За заслуги перед обществом» Алтайского края.
