Найдавніша згадка про село датується 1629 роком. На своєму шляху річки утворюють так звані стариці (петльовані ділянки русла), які вони потім залишають. Назва села пішла від однієї з таких стариць, біля якої поселилися перші жителі.
Хутір Стариця належав до Бориспільської волості і разом з іншими селами сплачував подимний податок. Серед відомих власників села XVII – XVIII століть – княгиня Мар'яна Корецька, Аксаки та рід Сулимів. Онук Івана Михайловича Сулими генеральний хорунжий Іван Федорович Сулима отримав село у власність від гетьмана Івана Ілліча Скоропадського. У XVIII ст. Велика Стариця належала до Гоголівської сотні Київського полку. В архівних документах дворянського роду Сулим, Скоруп та Войцеховичів зберігся короткий опис Великої Стариці за 1756 рік. В селі був будинок для приїжджих із садом та левадою. У 15 дворах, був 21 житловий будинок.
У середині XIX ст. село значилося як поміщицьке і козацьке. У книзі "Відомості про церкви і кліри церковні" за 1782 рік є запис, що у Великій Стариці є православна Архістратиго-Михайлівська церква із священником Онісімом Рабачевським, в якого був син Самуїл. У 1859 році у Великій Стариці було 130 дворів, 855 жителів. У 1869 священником у селі був Олексій Микитович Ільїн. У 1912 священником у селі працював Іларіон Гаврилович Лагодинський.
З 1926 року село Велика Стариця - центр сільської ради, на території якої проживало 1727 чоловік. Головою сільради працював Святенко Артем Левкович.
За роки колективізації у селі були створені колгоспи ім. Брусиловського та ім. Петровського. Про події 1930-х років у селі Великій Стариці згадує письменник Ісак Бабель, в своїх оповіданнях, об'єднаних під назвою "Велика Криниця".
Німецько-радянська війна принесла у село дворічну німецьку окупацію, з 23 вересня 1941 року до 23 вересня 1943 року. Звільнення Бориспільського району почалося у вересні 1943 року, в цей час тут діяли дві армії (38-а — під командуванням Никандра Чибісова, 40-а — під командуванням Кирила Москаленка). 23 вересня в село увійшла частина 240-ї стрілецької дивізії під командуванням полковника Уманського Терентія Хомича.
За мужність, виявлену при форсуванні Дніпра у жовтні 1943 року, двадцятирічний уродженець Великої Стариці Микита Стасюк удостоєний звання Героя Радянського Союзу.
У 1962 році місцевий колгосп був перетворений на радгосп "Сеньківський". В селі працювала початкова школа та магазин.