Себастиан Стэн родился в городе Констанца (Румыния). Его родители развелись, когда Себастиану было 2 года. В возрасте 8 лет из-за событий Румынской революции он и его мать переехали в Вену (Австрия), где мать работала пианисткой и второй раз вышла замуж. В Австрии Себастиан прожил четыре года. Когда Себастиану исполнилось 12 лет, он вместе с семьей переехал в США[1]. Новым местом жительства в Америке для актёра стал округ Рокленд в штате Нью-Йорк, где его отчиму предложили работу директора частной академии.[2]
Себастиан Стэн начал принимать участие в школьных постановках классических пьес («Харви», «Сирано де Бержерак», «Магазинчик ужасов», «Здесь!», «Вестсайдская история»). В старших классах он провёл лето в театральном летнем лагере Stagedoor Manor. В данном лагере Себастиан был задействован в нескольких представлениях. После Stagedoor Manor выбор будущей профессии был сделан окончательно.
После завершения школы Себастиан подал документы на актёрские отделения нескольких американских ВУЗов. Он был принят и окончил Ратгерский университет (Mason Gross School of the Arts) в штате Нью-Джерси. Себастиан Стэн — бакалавр искусств в актерском мастерстве. После университета актёр год провёл на учёбе-стажировке в знаменитом лондонском театре «Глобус».
С 2007 года Себастиан Стэн начал сниматься в популярном сериале «Сплетница» в роли Картера Бейзена. В том же году актёр получил роль Лео в фильме «Образование Чарли Бэнкса».
В 2008 году Стэн снялся в фильме «Рэйчел выходит замуж», а в 2009 — в фильме «Бабник» (Гарри). В 2009 году он начал съемки в телевизионном сериале «Короли» в роли Джека Бенджамина. В 2010 году вышел фильм «Машина времени в джакузи», где Себастиан Стэн сыграл роль Блэйна. Снялся в клипе Хейден Панеттьер «Wake up call». В 2010 году Себастиан снялся в фильме «Первый мститель», в роли Баки Барнса — напарника Капитана Америки. В том же году вышел «Черный лебедь» Даррена Аронофски, где Стэн исполнил роль Эндрю. В 2012 году снимался в сериале «Политиканы», где сыграл роль Томаса Хэммонда.