Село Старое Село находится на правом берегу реки Псёл,
выше по течению на расстоянии в 1 км расположено село Барвинково,
ниже по течению на расстоянии в 2 км расположено село Вишнёвое.
Река в этом месте извилистая, образует лиманы, старицы и заболоченные озёра.
Рядом проходит автомобильная дорога Н-12.