Stjärnstarr växer på fuktig eller våt mark. Den förekommer i de flesta typer av kärr (ej i de starkt kalkpåverkade); i käll- och översilningskärr kan den vara dominerande. Vidare finns den i våt eller fuktig, lågväxt ängs- och betesmark, i sumpskog samt vid stränder. Exempel på biotoper i kulturmiljö är skogsvägar, hyggen, fuktig betesmark, diken och gamla torvtäkter.