Sebastian Stan 1982. augusztus 13-án született Konstancában (Constanța), Romániában. A román származású színész 8 éves korában zongorista édesanyjával Bécsbe, 4 évvel később pedig New York államba, Rockland Countryba költöztek. Itt édesanyja férjhez ment egy amerikai iskolaigazgatóhoz. Stan a Rockland Country Day School falai között tanult, ahol tagja volt az iskolai színjátszókörnek. Olyan darabokban játszott, mint a Cyrano de Bergerac vagy a West Side Story. Egy nyári színi tábor után határozta el magát a színjátszás mellett, és fel is vették a Rutgers Universityre, majd egy évig ösztöndíjjal tanult a neves londoni Shakespeare’s Globe Theatre-nél. Első tévés munkáját 2003-ban, az Esküdt ellenségek (Law & Order) egyik részében kapta, majd egy középszerű vígjátékban, a Tony ’n’ Tina’s Weddingben (2004) debütált a filmvásznon, melyben Mila Kunis játszotta az egyik főszerepet. 2006-ban a A rombolás ideje (Az építész) című drámában kapott szerepet Viola Davis és Isabella Rossellini oldalán, valamint egy fantasy-horrorban, A testvériségben is feltűnt Taylor Kitsch mellett. Következő filmjét, a Charlie Banks: Az élet iskolája (2007) című iskolai drámát Jesse Eisenberggel közösen forgatta, majd főbb szerepet kapott Anne Hathaway oldalán a Rachel esküvőjeben (2008). Az egy évadot megért, de kritikailag sikeres A királyság (Kings) című sorozatban láthattuk 2009-ben, valamint egy romantikus komédia (Toyboy - Selyemfiú a pácban) kisebb szerepében is feltűnt. Még ugyanebben az évben beválogatták a népszerű tinisorozat, a Gossip Girl – A pletykafészek egyik szerepére is. Az áttörést mégis az Oscar-díjas Fekete hattyúval (2010) érte el. Ezt követően kapta meg legismertebb szerepét a Marvel új filmjében, a Amerika Kapitány: Az első bosszúállóban (2011), ahol Bucky Barnest alakította. A karaktert a film nagysikerű folytatásban, az Amerika Kapitány: A tél katonája (2014) című képregény-adaptációban is eljátszhatta.