Stjärnstarr är en ursprunglig art. Den angavs som allmän i Gävletrakten vid 1800-talets mitt och även i landskapet som helhet vid förra sekelskiftet.
Stjärnstarren gynnas starkt av omrörning och skogsbruk. Den är därför mycket vanlig på fuktiga hyggen och växer gärna i vattenfyllda maskinspår, gropar och diken. Den finns också i stor mängd längs skogsvägarnas diken. Arten har också en påtaglig förkärlek till källor, sipperstråk och småbäckar. I sluten skog är fruktsättningen betydligt sparsammare än på öppen mark.
Stjärnstarren förekommer även i odlingslandskapet på magra fuktiga gräsmarker och i diken och ibland vid större sjöar och vattendrag. Arten är indifferent till kalk och undviker näringsrika marker. Inga fynd har gjorts på havsstränder eller i rent urbana miljöer.
Vanligaste följearter är blodrot (34%), kärrviol, glasbjörk, gråstarr, gran, hundstarr, knagglestarr och blåtåtel.