Sebastian Stan nació el 13 de agosto de 1982 en la ciudad rumana de Constanta. Sus padres se divorciaron cuando él apenas tenía dos años, y seis años después en 1990 se mudó junto a su madre, Georgeta Orlovschi, a Viena, Austria, debido al trabajo de esta como pianista. Cuatro años más tarde, cuando Sebastian Stan tenía doce años se volvieron a mudar pero esta vez cruzaron el charco hasta el Condado de Rockland en Nueva York. Sebastian Stan, es el ahijado de la empresaria multimillonaria Anastasia Soare con la que comparte país de nacimiento.
Sebastian Stan estudió en el instituto privado Rockland Country Day School de la que su padrastro era el director. Posteriormente estudió en la Escuela de Artes Mason Gross de Nueva Jersey lo que le dió la oportunidad de pasar un año entero formándose como actor en el teatro Shakespeare's Globe de Londres.
La carrera de Sebastian Stan como actor comenzó en 2003 cuando interpretó a un personaje de la serie de televisión 'Ley y orden'. En 2007, el actor rumano, obtuvo un papel recurrente en 11 episodios de la exitosa serie 'Gossip Girl' como Carter Baizen donde conoció a la que fue su primera pareja conocida, Leighton Meester con la que mantuvo una relación sentimental hasta 2010. Y ya en 2009 obtuvo su primer papel principal en una serie de televisión, interpretó a Jack Benjamin en 'Kings'. Al año siguiente apareció en la primera película de éxito para el actor, el thriller de Darren Aronofsky, 'Cisne negro'.
En 2011 obtuvo un papel en una de las películas que el hicieron saltar a la fama como actor de Hollywood, interpretó a Bucky Barnes en la película 'Captain America: The First Avenger' de Marvel, franquicia con la que firmó un contrato para actuar en nueve películas. En un principio se presentó al casting para interpretar el papel protagonista, Steve Rogers o también conocido por el nombre de Capitán América, pero fue rechazado, ya que ese papel se lo quedó finalmente Chris Evans. Sin embargo, los productores que se encargaban de esa película quedaron encantados con el trabajo de Stan, por lo que le ofrecieron interpretar al mejor amigo de Capitán América, Bucky Barnes.
En cuanto a su vida privada, en 2012 conoció a la actriz Jennifer Morrinson mientras rodaban la serie de televisión 'Once upon a time' en la que interpretaba al personaje de Sombrerero Loco. Los actores comenzaron una relación que duró hasta mediados de 2013. Un años después, en 2014, comenzó a salir con la actriz Margarita Levieva a la que conoció en el set del rodaje de la película protagonizada por Ashton Kutcher, 'Spread' pero su relación acabó en 2016.
Desde su aparición en la película 'Captain America: The First Avenger', Sebastian Stan no ha parado de recibir papeles en largometrajes de éxito. En 2018 hizo una aparición en la película 'Black Panther' y protagonizó junto a la oscarizada Nicole Kidman en ?Destroyer?. En febrero de 2019 sustituyó a Chris Evans en la película 'The Devil All the Time'.
