Выдающийся российский лингвист, полиглот, специалист в области компаративистики, востоковедения, кавказоведения и индоевропеистики. Сын литератора, полиглота Анатолия Старостина. Член-корреспондент Российской академии наук по Отделению литературы и языка (языкознание). Заведующий Центром компаративистики Института восточных культур и античности РГГУ, главный научный сотрудник Института языкознания РАН, почетный доктор Лейденского университета (Нидерланды).
Родился 24 марта 1953 г. в Москве. Лингвистикой начал увлекаться уже в школьные годы. По воспоминаниям А. Жолковского, «Шеворошкин говорил, что у него в ностратическом кружке есть такие школьники, которые всех нас скоро заткнут за пояс — это оказались Старостин, Лерман и, наверное, Николаев». Окончил Отделение структурной и прикладной лингвистики филологического факультета МГУ им. Ломоносова в 1975 г. Кандидатская диссертация (1979) на тему «Реконструкция древнекитайской фонологической системы», докторская диссертация (1992) по проблемам алтайской реконструкции. 30 мая 1997 г. избран членом-корреспондентом Российской академии наук по Отделению литературы и языка (языкознание). Участвовал в ряде международных проектов в Нидерландах, США (в том числе в Институте Санта-Фе) и др. Помимо научной деятельности занимался преподаванием.
Сергей Старостин умер 30 сентября 2005 г. от сердечного приступа после лекции в РГГУ.
Его сын, Георгий Старостин (р. 1976), также занимается исследованиями в области компаративистики. Также он известен как музыкальный критик.
Занимался установлением дальнего родства между языковыми семьями, продолжая традиции ностратической школы В. М. Иллича-Свитыча, А. Б. Долгопольского и др. Его анализ отличался особой тщательностью и учётом всего языкового материала (соответствующие языки изучал в экспедициях, подробно работал с текстами, производил реконструкцию с нижнего уровня).
Значительно усовершенствовал методику датировки расхождения языков (глоттохронологии).
Внёс большой вклад в использование компьютерных методов в лингвистике, в том числе как создатель СУБД «Starling», а также онлайнового лингвистического ресурса «Вавилонская Башня».
Основные достижения в области изучения конкретных языковых семей:
Реконструировал древнекитайскую фонологическую систему, проанализировав рифму в древнекитайской поэзии.
Значительно уточнил реконструкцию сино-тибетского праязыка.
Построил реконструкцию северокавказской семьи (совместно с С. Л. Николаевым).
Исследовал вымирающие енисейские языки и реконструировал праенисейский язык.
Основываясь на этих трёх реконструкциях, открыл сино-кавказскую макросемью, объединяющую сино-тибетские, енисейские и северокавказские языки.
Доказал родство известных по клинописным памятникам хуррито-урартских языков с восточнокавказскими.
Доказал принадлежность японского языка к алтайской семье. Опубликовал этимологический словарь алтайских языков, включающий почти три тысячи корней.
Предложил новую реконструкцию парадигматических классов индоевропейского глагола (совместно с С. Л. Николаевым).
Исследовал вопрос о прародине и культурной истории народов Передней Азии, опираясь на выявленные культурные заимствования в древней лексике.