Населённый пункт основан 12 февраля 1808 года казачьим хорунжим Степаном Косоротовым, получившим на этом месте участок земли, после чего он именовался как хутор Косоротова. В середине XIX века тут поселились немецкие колонисты (лютеране) из Мариупольского колонистского округа, основавшие в 1873 году тут село Мариенталь. При этом среди жителей использовалось также название Косоротово. В результате переселения части колонистов в новое село, названное Новым Мариенталем, населённый пункт получил название Старый Мариенталь[5]. В селе имелись две ветряные мельницы и кирпичное здание министерского училища. До 1917 года село входило в Александровскую волость Таганрогского округаОбласти Войска Донского[6]. В советское время входило в Старо-Каранский район Сталинской области[7]. В 1945 году Указом Президиума ВС УССР село Старый Мариенталь переименовано в Старомарьевку[8].
Дети Старомарьевки, 2019
До 11 декабря 2014 года входило в Тельмановский район. В 2014 году село переподчинено распоряжением украинских властей Волновахскому району[9]. Фактически с августа 2014 упоминается в СМИ как населённый пункт, подконтрольный самопровозглашённой Донецкой Народной Республике[10]. В ходе процесса объединения (укрупнения) районов Украины в рамках административно-территориальной реформы 2020 года Старомарьевка была отнесена к Мирненской поселковой общине[11]. К 2020 году в селе проживало около 150 человек, включая семерых детей, посещавших школу на подконтрольной ВСУ территории. В селе отсутствует централизованное водоснабжение, магазин, аптека и больница[12]. 26 октября 2021 года появилась информация о взятии села силами ВСУ[12][13]. Потерю контроля над селом подтвердил и глава Донецкой народной республикиДенис Пушилин[2]. Тем не менее, взятие села украинскими вооружёнными силами было опровергнуто пресс-службой Операции Объединённых сил[14]. По словам Пушилина к этому времени в селе проживало 37 жителей, получивших российские паспорта[15].
