Родился в деревне Кошариска у Брезовой-под-Брадлом шестым из двенадцати детей в семье лютеранского пастора Павла Штефаника. Был лучшим учеником в кошарицкой школе. В 9 лет учился в школе в Шаморине, потом продолжил учёбу в лютеранском лицее в Братиславе. После окончания средней школы Штефаник поступил в Пражский Карлов университет. Во время учёбы был председателем кружка словацких студентов «Детван» и писал статьи в журнал «Час». В 1904 году защитил докторскую диссертацию.
В ноябре 1904 года Штефаник переехал в Париж, где с 1905 года начал работать в обсерватории Пьера Жансена. Наиболее плодотворным для молодого учёного был 1906 год, когда Штефаник опубликова семь научных работ в области астрономии. После ухода Пьера Жансена с поста директора, Штефаник также ушёл из обсерватории и отправился в Туркестан с французской экспедицией, которая была должна наблюдать затмение Солнца 13 января 1907 года. По дороге остановился в Пулковской обсерватории и посетил Льва Толстого. После возвращения получил престижную Премию Жансена.
С 1908 года Штефаник находился в научных экспедициях в Алжире и Тунисе. В 1908 году отправился на Таити, где должен был наблюдать Комету Галлея. В 1912 году Академия наук посылает Штефаника в Бразилию для наблюдения затмения Солнца. В 1913 году Штефаник был послан с дипломатической миссией в Эквадор — французское правительство собиралось построить сеть телеграфных и метеорологических станций в Эквадоре и на Галапагосских островах, Штефаник должен был получить разрешение правительства Эквадора. За успех миссии в 1914 году был награждён Орденом почётного легиона.
После начала Первой мировой войны записался в лётную школу в Шартре и в звании подпоручика отправился на фронт в апреле 1915 года, воевал в Сербии. Пытался получить согласие на организацию чехословацкой эскадрильи. При эвакуации аэродрома в Нише потерпел авиакатастрофу и был отправлен в госпиталь в Рим. 13 декабря 1915 года встретился с Эдвардом Бенешем, с которым договорился о совместных действиях, направленных на создание единого самостоятельного чехословацкого государства. В феврале 1916 года стал одним из создателей Чехословацкого национального совета. Председателем его стал Томаш Масарик, заместителями - Йозеф Дюрих и Штефаник. В течение 1916 - 1917 гг. занимался в различных государствах набором добровольцев в чехословацкие легионы, призванные стать основой чехословацкой армии.
В августе 1916 года направился в Россию, где встречался в Могилёве с генералом Морисом Жаненом, тогдашним главой чрезвычайной французской военной миссии при Ставке Верховного главнокомандующего русской армии, а также провёл переговоры с императором Николаем II и начальником генштаба генералом Алексеевым. В Киеве Штефаник и Дюриц тогда же подписали соглашение с представителем словацкой общины США Г. Кошиком о признании ЧНС руководящим органом чешского и словацкого сопротивления в эмиграции. Позже был направлен от лица французского правительства в Румынию, где ему за непродолжительное время удалось набрать 1500 добровольцев в чехословацкие легионы. После Февральской революции 1917 года Штефаник вновь посетил Россию, где ему удалось закрепить сотрудничество ЧНС с Временным правительством. Летом 1917 года выезжал в США для набора добровольцев и переговоров с представителями местной чешской и словацкой общин.
Результатом многомесячных дипломатических усилий Штефаника стало решение французского правительства от 16 декабря 1917 года о создании во Франции чехословацкой армии.
В феврале 1918 года Штефаник поехал в Италию, где договорился с итальянскими властями о помощи в создании чехословацкой армии. Штефаник в то время уже был генералом французской армии. 14 октября 1918 года Чехословацкая народная рада была провозглашена правительством Чехословакии, Штефаник стал министром обороны. 13 ноября 1918 года отправился во Владивосток, чтобы договорился о выводе Чехословацкого корпуса из России, 25 января 1919 года снова отправился во Францию. 4 мая 1919 года вылетел в Братиславу, но при подлёте был «случайно» сбит. Считается, что за этим инцидентом стоит Эдвард Бенеш, с которым Штефаник имел огромные разногласия по поводу устройства будущей Чехословакии.
В честь Штефаника названа обсерватория в Праге: Обсерватория Штефаник.