З давніх-давен люди селилися по берегах річок, адже кругом були ліси, і річка для них була як дорога, по якій проходило спілкування з іншими поселеннями чи племенами.
Старосілля відносилося до Котельнянської волості Житомирського повіту. Це село згадується в акті від 20-25 січня 1683 року в списку «пустих сіл», які належали містечкам Паволочі і Котельні.
Була в селі церква Святого Архистратига Михаїла, побудована в 1764 році на місці двох церков, які раніше згоріли, дерев’яна.
В 1863 році тут проживало 956 жителів в 117 дворах. Розташовувалось село Старосілля в тих роках в одній верстві від Нової Котельні
Радянська влада в селі встановилась в січні 1918 року. Були створені сільревкоми і комнезам. Але соціалістичним перетворенням перешкодила громадянська війна. Остаточно радянська влада була встановлена в селі в червні 1920 року. Почалась колективізація, яка проходила в гострій боротьбі незаможних, селян і куркулів. Було розкуркулення і висилки в північні райони країни цілих сімей. Але вже в 1930 році в с. Старосілля був організований колгосп «Червоний Жовтень», в склад якого входило 280 селянських господарств, а членів колгоспу було 510 чоловік. Землі колгосп мав 1515 га, в т.ч. орної землі 1368 га, сінокосів — 93 га, інших угідь — 57 га. Першим головою колгоспу в післявоєнний період був обраний Черняк Віктор Михайлович.
Пережили люди в селі і голодомор 1932-1933 років, були і репресії 1937-1938 років. Під час Вітчизняної війни окупанти насильно вивезли до Німеччини на каторжні роботи 64 чоловіки, в т.ч. 50 дівчат і 14 юнаків. Серед них: Музичук Ніна Андріївна, Войтко Ганна Микарівна, Іванченко Настя Йосипівна, Ткачук Ніна Хомівна, Бондар Ніна Трифонівна, Шелест Ганна Антонівна, За-їць Люба Григорівна, Хоменко Володимир Олексійович, Ковальчук Антоніна Прокопівна, Канарська Павла та інші. Звільнене село від окупантів було 29 грудня 1943 року. Важкою була весна 1944 року. В колгоспі не вистачало тяглової сили, реманенту. Роботи в основному виконували жінки та підлітки, використовували для польових робіт своїх корів. Поступово життя в селі відроджувалось. Повернулися з фронту чоловіки і включились в роботу. Великих збитків нанесли окупанти селу і господарству, що виражається в таких сумах (в цінах 1944 року): — колгоспу нанесено збитків на суму 15825586 крб.; — селу — 3129339 крб. В 1959 році колгосп «Червоний Жовтень» села Старосілля і колгосп «Більшовик» села Стара Котельня об’єдналися під загальною назвою «Більшовик». Надалі село Старосілля розвивалося в складі цього колгоспу, В 2001 році в селі проживало 407 жителів, в т.ч. 176 чоловіків і 231 жінка.
З 2021 р. С. Старосілля увійшло до складу Волицької громади.
На території села працює фермерське господарство, яке вирощує еко продукцію (зернові) ТОВ "Жива Нива", є магазини та пункт видачі відправлень Нової Почти.
