Jean Starobinski est le fils de Aron Starobinski et de Sulka Frydman, tous deux d'origine juive polonaise. Il a enseigné la littérature française à l'université Johns-Hopkins, à celle de Bâle, ainsi qu'à Genève, où il a aussi assuré des cours d'histoire des idées et d'histoire de la médecine. Ses livres, traduits en une douzaine de langues, ont enrichi les vues sur plusieurs grandes œuvres. Il a également consacré de nombreux travaux à la création poétique contemporaine, ainsi qu'aux problèmes de l'interprétation et de l'herméneutique. Ses essais sur l'art et la littérature du xviiie siècle (en particulier Rousseau, Diderot et Voltaire) sont devenus des classiques du genre. Son expérience de médecin et de psychiatre l'a amené à étudier l'histoire de la mélancolie (notamment dans Trois Fureurs, 1974). Il fut le premier, en 1964, à publier les recherches de Ferdinand de Saussure sur les anagrammes. Il participe également au comité de rédaction de la Nouvelle revue de psychanalyse, aux côtés de Jean-Bertrand Pontalis.
Jean Starobinski est membre de l'Académie des sciences morales et politiques (Institut de France), ainsi que de plusieurs académies françaises, européennes et américaines. Il est docteur honoris causa de nombreuses universités en Europe et en Amérique.
En 2010, il confie sa bibliothèque personnelle, constituée de plus de 40 000 ouvrages, aux Archives littéraires de la Bibliothèque nationale suisse.