Профессор, доктор технических наук. Член АН УССР (1957, член-корреспондент с 1948).
Дядя В. И. Большакова.
Родился в семье служащих. С 1914 года в Екатеринославе.
С отличием окончил классическую гимназию. Трудовую деятельность начал учеником слесаря на Брянском металлургическом заводе.
Окончил с отличием Днепропетровский горный институт (1928).
В 1938—1978 годах заведующий кафедры термической обработки металлов ДМетИ.
Изучил эффект изменения механических свойств в процессе третьего превращения при отпуске, объяснив его природу, — это явление получило название «эффект Стародубова».
Награждён орденами Ленина, Октябрьской Революции, четырьмя орденами Трудового Красного Знамени, орденом «Знак Почёта» и многими медалями. Заслуженный деятель науки и техники УССР (1964). Лауреат премии Совета Министров СССР в области науки и техники (1987, посмертно).