Стас родился в семье летчика и медсестры, его старший брат, как и отец, стал летчиком. Ещё в юности Стас писал стихи, пел, участвовал в творческих конкурсах. Учился в Минском училище гражданской авиации, бросил его и ушёл служить в армию. После службы Стас поступил в Тамбовский государственный институт культуры, но не закончил и его.
Уже в 1992 году Стас Михайлов приехал в Москву, прошёл прослушивание в Театре эстрады и в течение следующих пяти лет работал в театре под руководством Бориса Брунова, одновременно писал песни «в стол». В 1992 году Стас получил диплом Всероссийского фестиваля «Гардемарины эстрады», в 1994 году приз зрительских симпатий фестиваля «Звездный шторм».
В 1997 году в Санкт-Петербурге вышел первый альбом Стаса Михайлова «Свеча», так же называлась одна из песен этого альбома, которая стала визитной карточкой певца. Сам альбом остался практически незамеченным, но песни попали в ротацию только открывшейся в это время радиостанции Радио Петроград — Русский Шансон.
В 2005 году при поддержке Радио Шансон выходит альбом «К тебе иду», в который входят песни «Приказ» и «Война», посвященные героям Великой Отечественной войны. Песни Стаса Михайлова появляются на радиостанциях Москвы.
В 2007 году выходит первый сборник лучших песен «Все для тебя» и альбом «Небеса», с презентацией которого в апреле 2008 года Стас Михайлов впервые выступает на сцене Государственного Кремлёвского дворца. Снимается видеоклип на песню «Ты!»
В 2008 году выходит второй сборник лучших песен «Нежданная любовь» и в декабре альбом «Жизнь-река», с презентацией которого Стас Михайлов собирает с аншлагом пять концертов в БКЗ «Октябрьский». Снимается видеоклип на песню «Странник». Для альбома «Жизнь-река» совместно с певицей Зарой Стас Михайлов записывает дуэт «Летим».
В 2009 году Стас получает две награды — Радио Шансон назвало его «Артистом года», а за песню «Между небом и землей» ему была вручена Национальная премия «Золотой Граммофон». С этой же песней Стас Михайлов впервые выступил на ежегодном фестивале Песня года.
В 2010 году выходит альбом «Живой», который презентуется в марте сразу тремя концертами на сцене Государственного Кремлёвского дворца и сборник «Лучшие песни на БИС». Снимается видеоклип на песню «Отпусти», записанную дуэтом с Народной артисткой Украины Таисией Повалий. С этой же песней 4 декабря дуэт становится лауреатом премии «Золотой Граммофон».
29 августа в эфире Первого канала с огромным успехом у телезрителей прошел показ концерта «Между небом и землей» — телеверсия программы «Живой», что придало новый импульс популярности Стаса Михайлова. По опросу ВЦИОМ в номинации «Певец года» Стас Михайлов занял почётное третье место, совсем немного уступив Ф. Киркорову и Н.Баскову. При этом фактически Стас Михайлов является самым популярным певцом русскоязычного пространства, о чем говорит первое место по официальным продажам альбомов и рекордным аншлагам в крупнейших концертных залах и дворцах спорта России, Украины, Казахстана, Литвы, Эстонии, Латвии, Беларуси, Молдавии, Германии, Израиля и США.
29 декабря Стасу Михайлову указом Президента РФ Д. А. Медведева было присвоено звание «Заслуженный артист Российской Федерации».