Стефан Илиев завършва ВИТИЗ "Кръстьо Сарафов" през 1958 г. при Николай Масалитинов със специалност актьорско майсторство.

Работи в Драматичен театър "Рачо Стоянов", Габрово през периода 1958-1959 г.

След това е в Драматично-куклен театър "Иван Радоев" Плевен (1959 - 1960), Драматичен театър "Боян Дановски" Перник (1960 - 1964), Народен театър за младежта (1964 - 1966), Поезия и естрада (1966 - 1969), Театър "София" (1969 - 1990), Театър 199, Малък градски театър "Зад канала" (1990).

В киното, както и в театъра, дебютът му е в годината на завършване на ВИТИЗ - 1958, във филма Любимец 13. Участва в десетки филми в киното и телевизията, сред които 8 международни и 3 чуждестранни продукции. Сред по-известните му филми са "Пленено ято", "Конникът", "Отклонение", "Свобода или смърт", "Един миг свобода", "Снимки за спомен", "Васко да Гама от село Рупча", "Господин Никой", "Oсмият", "Зарево над Драва", "Магистрала", "Забравете този случай", "Петък вечер", "О, господи, къде си?" и др. Последният му филм е "Под прикритие", 2012 г.

Член на Съюза на българските филмови дейци (1973) и на САБ (1958).

Председател на Съюза на артистите в България (1990 - 2005).