Обучался в Лейденском университете. После слушал курс в Лейпцигском университете, где в 1779 году, после защиты диссертации «De Raris», получил степень бакалавра медицины и доктора философии. 25 августа 1782 года в Лейпциге был удостоен степени доктор медицины, после чего отправился в Россию.
Прибыв в Санкт-Петербург, Стефан 19 декабря 1782 года сдал экзамен в медицинской коллегии и получил право практиковать в России. Поступив на русскую службу дивизионным врачом второй дивизии, он отправился в Крым с войсками князя Потёмкина. В 1784 году Стефан переведён в армию графа Румянцева.
Вернувшись обратно, 21 декабря 1786 года он получил кафедру химии и ботаники в Московской медико-хирургической академии. В то время академия имела только Аптекарский сад за Сухаревой заставой, ботанического сада не было. Аптекарский садик находился в плачевном состоянии. Стефан предложил упорядочить сад и организовать там разведение «медицинских растений» с целью обучения медиков и аптекарей. Медицинская коллегия положительно рассмотрела это предложение и 14 февраля 1796 года сад за Сухаревой башней и лаборатория при нём были переданы в распоряжение Стефана. В довольно короткий срок сад был улучшен до неузнаваемости. При саде был открыт музей естественной истории, которому Стефан подарил гербарий из 1800 видов растений и две коллекции с минералами и насекомыми.
В 1804 году Стефан покинул Москву. Перед отъездом из Москвы он посетил Лейпциг, где после испытания удостоился звания доктора права. Стефан перевёлся на должность профессора ботаники в Медико-хирургическую академию в Санкт-Петербурге. Одновременно он осуществлял заведование ботаническим садом на Аптекарском острове.
В 1808 году вышел в отставку. С 1809 года служил при главном директоре государственных лесов и занимался устройством Орловского лесного института на Елагином острове. Когда же в 1811 был основан Лесной институт на Выборгской стороне, то оба учреждения были соединены в одно под заведованием Стефана.
Он управлял также некоторое время Аптекарским садом, переименованным впоследствии в Императорский ботанический сад.
В течение всей своей жизни Стефан усердно исследовал флору России, в частности растительность окрестностей Москвы; много занимался систематикой растений, благодаря чему получил значительную известность. Им были собраны три огромных гербария. Один из которых находился в Берлинском королевском музее и был использован Вильденовым при работе над своим трудом Species plantarum. Другой гербарий остался в Москве. Третий, уже после смерти хозяина, вместе с частью библиотеки был приобретён Императорским ботаническим садом в Санкт-Петербурге, гербарий приобретался в два этапа: сначала 1749, позже ещё 2560 листов. Позже, в 1824 году, его наследники продали Санкт-Петербургскому гербарию ещё одну коллекцию и другую часть библиотеки.
В честь Христиана-Фридриха Стефана назван род растений Stephania (Стефания) из семейства Луносемянниковые.