Станке Димитров учи в педагогическите училища в Кюстендил, а след това и в Шумен (завършва през 1908 г.). След дипломирането си работи като учител.

Заминава за Женева да изучава право, но е принуден да се върне заради Балканската война. Завършва Юридическия факултет на СУ "Св. Климент Охридски" през 1919 г. и работи като адвокат в Дупница.

През 1904 г. се включва в работническо просветително общество "Класово съзнание", което впоследствие става партийна група на БРСДП. Подведен е под съдебна отговорност за антивоенна пропаганда през Първата световна война и участие във Войнишкото въстание, като впоследствие е амнистиран.

Член е на Окръжния комитет на БКП в Дупница (става секретар през 1922 г.)

През 1923 г. е арестуван преди избухването на Септемврийското въстание за участие в подготовката му. Отново е амнистиран през 1924 г. Провежда Витошка нелегална конференция на БКП. Участва в създаването на Партията на труда.

През 1925 г. е делегат на БКП на V разширен пленум на Изпълнителния комитет на Комунистическия интернационал в Москва. Остава в СССР поради задочната си смъртна присъда за участие в атентата през 1925 г. Там преподава в българския сектор на Комунистическия университет за национални малцинства на Запада и в Международната ленинска школа в Москва.

Пристига нелегално в България през 1935 г. за провеждането на VI разширен пленум на ЦК на БКП през 1936 г. Тогава е избран за член на Политбюро и секретар на ЦК на БКП (1935 - 1937). След завръщането си в СССР е член на Задграничното бюро на ЦК на БКП.

От 1941 г. до 1944 г. води предавания на Нелегалната радиостанция "Народен глас" на български и немски език, информирайки българския народ за развоя на военните действия и платформата на ОФ.

В края на август 1944 година Димитров трябва да замине за България, заедно с други български комунисти, изглежда за да оглави предстоящото завземане на властта от комунистите. Цялата група загива в катастрофа при излитането на самолета им край град Брянск. Загиналите са погребани в Гробището на Съветския район в Брянск, където им е издигнат паметник.