Nazwa Polska nazwa doliny pochodzi od nazwy położonej poniżej wylotu doliny wsi Stara Leśna, której mieszkańcy mieli w niej swoje pastwiska. Nazwa słowacka „Veľká Studená dolina” (Wielka Zimna Dolina), podobnie jak i nazwa sąsiednia „Malá Studená Dolina” (Mała Zimna Dolina) oraz nazwy spływających nimi potoków związane są zapewne z subiektywnymi odczuciami zimna nieznanych nam, dawnych twórców tych nazw, przy czym nie jesteśmy dziś w stanie określić, które „zimne” nazwy były pierwotne: potoków czy dolin. W językach niemieckim i węgierskim nazwy doliny są pochodnymi odpowiednich nazw potoku (Großes Kohlbach i Nagy-Tar-patak)Bohuš Ivan: Názvoslovie Vysokých Tatier. Veľký Studený potok, w: „Vysoké Tatry” nr 1/1982, s. 33..
Historia Do 1882 roku Dolina Staroleśna była własnością węgierskiej rodziny Berzeviczy, od roku 1901 jest natomiast terenem państwowym. Najpóźniej od XVIII wieku pojawiali się tu górnicy i poszukiwacze skarbów. Z turystów jako pierwszy dolinę odwiedził Kazimierz Łapczyński z przewodnikiem Wojciechem Walą w 1861 r.