С самого основания Академии художеств в ней преподавал Александр Федорович Кокоринов. Он был одним из первых профессоров академии, а в 1761 году стал ее директором. Именно в том году Кокоринов сообщил И.И. Шувалову о результатах экзаменов, состоявшихся 1 сентября 1761 года, на которых Иван Старов занял первое место по архитектурному классу.
После кончины Кокоринова в 1772 году Старов спроектировал надгробие для его могилы.
Старов оказался в числе воспитанников первого выпуска Академии художеств, состоявшегося в 1762 году. Восемнадцатилетний архитектор получил основательную теоретическую подготовку. По окончании академии Старову вручили шпагу, а за успехи и несомненный талант - золотую медаль, дававшую право на заграничную поездку.
Осенью 1762 года Старов прибыл в Париж. Начались годы овладения достижениями европейского зодчества. Лишь 1 сентября 1768 года двадцатичетырехлетний архитектор возвратился в Петербург. Из шести лет, проведенных вдали от родины, пять он прожил в Париже и год в Италии.
В сентябре 1766 года пришло долгожданное дозволение ехать в Рим "и пробыть там один год и шесть месяцев во всей Италии". Впоследствии этот срок сократился до года.
В 1769 году Старов выполнил свой первый самостоятельный проект - Сухопутный шляхетский корпус. В 1772 году Старова определили в "Комиссию о каменном строении Санкт-Петербурга и Москвы". В начале 1770-х годов Старов строит дворцовые ансамбли в Богородицке и Бобриках под Тулой. Спустя два года после разработки этих проектов, в 1773 году, Старов возводит для С.С. Гагарина великолепный усадебный дом в селе Никольском, теперь примерно в девяноста километрах от Москвы.
В начале и середине 1770-х годов Старов проектирует и строит три оригинальных ансамбля невдалеке от Петербурга - дачу А.Г. Демидова на Петергофской дороге и усадьбы для братьев А.Г. и П.Г. Демидовых - своих шуринов - в Тайцах и Сиворицах.
В 1774 году Старов приступает к воплощению в натуре одного из своих самых капитальных произведений - Троицкого собора Александро-Невской лавры, который заканчивает в 1790 году.
Облик ансамбля и парка перед ним со стороны Невы производил удивительно цельное впечатление. В этом проявилось умение Старова найти масштабную и стилистически выразительную доминанту, соподчинявшую все элементы композиции, сливая их в единое целое.
С середины 1770-х годов творческая деятельность Старова становится широкой и многогранной. Он выполняет различные архитектурные работы по заказам выдающегося государственного деятеля, человека острого ума и неукротимой энергии Г.А. Потемкина.
В 1778 году Старов разрабатывает для Потемкина проекты увеселительного дома в Озерках и дворца в Осиновой Роще. В 1782 году приступает к проектированию на участке Конной гвардии дворца, названного впоследствии Таврическим. Одновременно (1783-1790) Старов создает резиденцию для Потемкина в Островках на Неве.
В 1786-1790 годы Старов выполняет для юга России большие проектно-строительные работы. По его замыслам на берегах рек вырастают усадьбы, в городах возводят дворцы, гражданские и культовые сооружения, ансамбли. В 1786 году Старов строит усадебный дом в Дубровицах на реке Горынь. Обилием работ отмечен 1789 год. Зодчий проектирует усадебный дом, гостиный двор, выполняет чертежи перестройки церкви для Дубровно на Днепре, западнее Смоленска. годом позже Старов создает проект планировки Екатеринослава. Градообразующим центром вновь основанного города по этому проекту явился дворец, сооруженный Старовым для Потемкина в 1786-1787 годах.
Генеральный план Екатеринослава - яркая страница не только в творческой биографии Старова. План вошел в историю отечественного градостроения. Одновременно с разработкой общей планировки Старов проектирует для города собор, казенные и обывательские строения.
В 1790 году Старов строит усадебные дома для Потемкина и его племянницы графини А.В. Браницкой, церковь, фонтан и гранитную купальню в сельце Богоявленске, спланированном им на берегу Буга. 1790 год ознаменован проектом планировки города Николаева на реке Ингул и построек, оформляющих главную городскую площадь, - собора, здания магистрата и "каменных лавок".
Последняя работа Старова, связанная с именем Потемкина, - мавзолей для всесильного князя в имении А.В. Браницкой.
Одна из самых значительных работ Старова 1784-1789 годов - дворцовый ансамбль в Пелле, под Петербургом, на Неве.
Пелла - гигантский дворцовый ансамбль, который по грандиозности замысла и композиции можно сравнить со строениями зодчих античного мира, отличавшимися тонким пониманием условий природной среды. Старов мастерски использовал особенности территории, замкнутой между берегом Невы и Шлиссельбургским трактом.
Последние работы Старова - Богородицкий собор в Казани (1796) и Покровская церковь в Большой Коломне в Петербурге.
Как и многие архитекторы-современники, Старов спроектировал и построил жилище для себя. Дом Старова, возведенный им во второй половине 1780-х годов, был расположен на углу той же Симеоновской улицы и набережной Фонтанки. Старовы переехали в свой нарядный трехэтажный дом вместе с пятью сыновьями - Александром, Петром, Павлом, Михаилом и Иваном. В доме на Фонтанке Старов прожил до 1804 года, когда архитектор, уже очень больной, продал свой дом на Фонтанке и приобрел у купца П.Е. Гусева скромное двухэтажное строение с садом.
Скончался архитектор в 1808 году.