Appartenente ad una nobilte famiglia romana da tempo convertita al cristianesimo, preposto ad una delle sette diaconie create da papa Fabiano, fu eletto il 12 maggio, presso il cimitero di San Callisto, da presuli e diaconi che ne "avevano titolo", in rappresentanza di tutti i fedeli. Il suo papato, nei primi due anni trascorse relativamente tranquillo dal punto di vista dei rapporti stato-chiesa. Non fu così durante l'ultimo anno quando l'imperatore Valeriano, sobillato da un suo famigliare, si convinse che i cristianI stavano tentando di accaparrarsi beni dell'impero. Il senato emanò un editto imperiale di persecuzione contro tutte le gerarchie ecclesiastiche imponendo alla cittadinanza di riconoscere tutte le divinità pagane e di poter eventualmente esercitare anche il culto cristiano solo in privato. Mentre sul fronte interno, Stefano si dovette scontrare sul terreno del diritto canonico, a proposito di un nuovo battesimo per coloro i quali a seguito di adesioni a dottrine diverse o a "eresie", fossero stati messi al bando dalle comunità cristiane aderenti alla dottrina di Roma.
Mentre Stefano e la chiesa romana asserivano la benevolenza di Cristo, il vescovo Cipriano di Cartagine asseriva esattamente l'opposto. Il papa morì il 2 agosto del 257 mentre stava officiando la messa, decapitato dai pretoriani dell'imperatore. Le spoglie furono dapprima sepolte nella cripta dei papi del cimitero di San Callisto, nel 761 traslate a San Sivestro in Capite ed infine, nel 1682, definitivamente deposte presso la chiesa dei cavalieri Stefanini in Pisa, non senza che molte reliquie siano andate in molte altre chiese. Festeggiato il 26 dicembre come protomartire.