Родился 2 августа 1900 г. в с. Войново Орловской губернии Российской империи (ныне в составе Болховского района Орловской обл.).
Летом 1918 г. Илья Старинов был призван в ряды Рабоче-крестьянской Красной армии. Принимал участие в Гражданской войне 1917-1922 гг. В 1922 г. Илья Старинов окончил Воронежскую школу военно-железнодорожных техников и был назначен начальником подрывной команды в 4-й Коростенский железнодорожный полк. В 1924 г., после учебы в Ленинградской школе военно-железнодорожных техников, занял должность командира роты 4-го Коростенского полка. В 1925 г. ему поручили подготовку специалистов по минным заграждениям и диверсантов в Киеве.
В декабре 1930 г. Старинов был зачислен в 4-й отдел штаба Украинского военного округа, продолжал заниматься подготовкой разведчиков-диверсантов.
В марте 1932 г. он был назначен начальником разведпункта Украинского военного округа. Весной 1933 г. был переведен на службу в Главное разведывательное управление Генерального штаба РККА (ныне Главное управление Генерального штаба Вооруженных сил РФ). В 1935 г. он окончил Военно-транспортную академию РККА (ныне входит в состав Военной академии материально-технического обеспечения им. А. В. Хрулева), после чего преподавал там же технику заграждений на дорогах и занимал должность заместителя военного коменданта Московского вокзала в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург).
В ноябре 1936 г. Илья Старинов под псевдонимом "Родольфо" был командирован советником республиканской армии в Испанию, где шла гражданская война. Там он выполнял задачи по подготовке партизан, принимал участие в планировании и проведении диверсионных операций на объектах транспорта и инфраструктуры.
В ноябре 1937 г. Старинов вернулся в СССР. В начале 1938 г. он был назначен начальником центрального научно-испытательного полигона железнодорожных войск (г. Гороховец). В ноябре 1939 г. возглавил группу по разминированию, принимал участие в Советско-финляндской войне (1939-1940). В 1940 г. он занял должность начальника отдела минирования и заграждений Главного военно-инженерного управления РККА.
После начала Великой Отечественной войны летом 1941 г. Илья Старинов был назначен начальником оперативной группы заграждений, а также начальником Оперативно-учебного центра в составе Западного фронта. Осенью того же года он возглавил оперативно-инженерную группу Юго-Западного фронта, которая занималась минированием ключевых объектов транспорта и инфраструктуры в районе Харькова. Считается, что радиоуправляемой миной, установленной группой Старинова в Харькове, был взорван 14 ноября 1941 г. германский комендант города, генерал-лейтенант Герман Браун. В ноябре 1941 г. Старинов был переведен на должность заместителя начальника штаба инженерных войск РККА. В декабре 1941 г. он возглавил оперативно-инженерную группу на Южном фронте.
Весной 1942 г. Старинов был назначен командиром 5-й отдельной инженерной бригады специального назначения, которая произвела под его руководством установку противопехотных и противотанковых минных полей в районе Ржева общей протяженностью более 400 км. В августе 1942 г. он возглавил Высшую оперативную школу особого назначения Центрального штаба партизанского движения (ЦШПД), где проводилась подготовка разведчиков-диверсантов и разрабатывались диверсионные операции в тылу противника. Осенью 1942 г. Илья Старинов занял должность помощника начальника штаба ЦШПД по диверсиям. В том же году им была разработана конструкция боеприпаса, который применялся в партизанских отрядах для уничтожения эшелонов противника. Он получил название "Противопоездная мина Старинова". Также им была сконструирована "Автомобильная мина Старинова".
18 марта 1943 г. Старинов был назначен членом Военного совета Юго-Западного фронта. В мае он стал заместителем начальника Украинского штаба партизанского движения по диверсиям. В 1943 г. принимал активное участие в организации ряда диверсионных операций на железной дороге, которые были частью большой операции "Рельсовая война". Весной 1944 г. он занял должность заместителя начальника польского партизанского штаба. В июне 1944 г. Старинов стал начальником штаба советской миссии в Югославии. Занимался организацией взаимодействия между частями Красной армии и Народно-освободительной армии Югославии.
В феврале 1945 г. Илья Старинов был назначен начальником оперативно-инженерной группы по разминированию автомобильных и железных дорог на территории Германии. В ноябре 1945 г. он стал заместителем начальника 20-го управления железнодорожных войск во Львове. Курировал разминирование и восстановление работы железнодорожной системы.
В сентябре 1946 г. он возглавил кафедру тыла Военного института МВД СССР (с 1949 г. - Военный институт МГБ СССР). В 1949 г. стал начальником оперативно-тактической группы партизанской борьбы.
В январе 1956 г. Илья Старинов в звании полковника вышел в отставку.
В 1957 г. он занял должность старшего научного сотрудника Института марксизма-ленинизма. В 1964 г. был назначен преподавателем тактики диверсий Курсов усовершенствования офицерского состава КГБ СССР, затем занимался преподавательской работой в структурах государственной безопасности СССР. В 1984 г. Старинову было присвоено ученое звание профессора. В 1987 г. он закончил преподавательскую деятельность.
Илья Старинов скончался 18 ноября 2000 г. в возрасте 100 лет. Похоронен в Москве на Троекуровском кладбище.
Был награжден двумя орденами Ленина (1937, 1944), орденом Октябрьской революции (1980), пятью орденами Красного Знамени (1937, 1939, 1944, 1944, 1945), орденом Отечественной войны II степени (1985), орденом Дружбы народов (1990), орденом Мужества (2000), а также медалями.
Илья Старинов был автором ряда работ по методам ведения партизанской войны и диверсионной работы, использовавшихся для подготовки разведчиков и сотрудников специальных служб. Также авторству Старинова принадлежат воспоминания - "Мины ждут своего часа" (1964), "Записки диверсанта" (1997), "Мины замедленного действия: размышления партизана-диверсанта" (1999), "Солдат столетия" (2000).
Был женат. Супруга - Анна (1903-1984).