Фамилия Старовая — редкий случай, когда женская форма закрепилась в качестве родового прозвища. Обычно такие фамилии давали вдовам или незамужним дочерям, которые вели хозяйство самостоятельно. В русской традиции фамилии на -ая чаще встречаются на юге и западе России, особенно в казачьих областях, где женщину могли записать по прозвищу мужа или отца без переделки в мужской род.

Корень «стар» отсылает к возрасту или опыту. Прозвищем Старой называли не обязательно дряхлого старика — так могли сказать про мудрого, уважаемого человека, который «старше» по положению или заслугам. В XVI–XVII веках это слово не имело негативного оттенка, скорее наоборот: «старой» означало коренной, давний, бывалый. Отсюда же пошли фамилии Старов, Стариков, Старовойтов, но Старовая стоит особняком.

Вероятнее всего, фамилия образована от прозвища Старая, которое получила женщина — глава семьи после смерти мужа или пожилая крестьянка, чтившаяся в общине за опыт. Суффикс -ов- в женском роде с окончанием -ая дает модель притяжательного прилагательного: «чьих будешь?» — «Старовых», но в документах закрепилась форма именительного падежа. В переписных книгах XVII века такая запись встречается у вдов: «вдова Старая» могла стать Старовой.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским областям — Курской, Воронежской, Ростовской. Встречается и у донских казаков, где женские прозвища нередко переходили в фамилии детей. Мужская параллель — Старов — распространена шире, а Старовая сохранилась как локальный вариант, почти не выходя за пределы нескольких уездов.

Спорных версий немного. Иногда корень связывают с топонимом Старое — названием села или урочища, но тогда фамилия скорее звучала бы как Старовская или Старое. Прозвищная основа убедительнее: она объясняет и отсутствие суффикса -ск-, и женскую форму, которая в крестьянской среде была делом случая — записи писаря.