Родился в семье лётчика и медсестры, его старший брат стал лётчиком. Ещё в юности Стас писал стихи, пел, участвовал в творческих конкурсах. Следуя по стопам отца и брата, поступил в Минское училище гражданской авиации, но быстро понял, что это не его призвание, и ушёл служить в армию. После службы поступил в Тамбовский государственный институт культуры, но не закончил и его.
Уже в 1992 году Стас приехал в Москву, прошёл прослушивание в Московском государственном театре эстрады и в течение следующих пяти лет работал под руководством легендарного конферансье Бориса Брунова. В 1992 году Стас получил диплом Всероссийского фестиваля «Гардемарины эстрады», в 1994 году — приз зрительских симпатий фестиваля «Звёздный шторм».
В 1997 году в Санкт-Петербурге вышел первый сольный альбом Стаса Михайлова «Свеча». Также был снят дебютный клип на песню «Тёмные глаза» из этого альбома. Сам же альбом остался практически незамеченным, но песни попали в ротацию только открывшейся в это время радиостанции Радио Петроград — Русский Шансон. Две песни — «Свеча» и «Приди ко мне» — стали пользоваться популярностью у слушателей и регулярно заказывались в концертах по заявкам, благодаря чему имя Стаса Михайлова постепенно становилось известно многим любителям музыки данного направления из Санкт-Петербурга и Ленинградской области (в это время сам певец вернулся в родной Сочи).
В 2002 году Стас Михайлов окончательно переезжает в Москву и на студии Владислава Медяника записывает второй альбом «Посвящение», изначально предназначавшийся для узкого круга друзей певца.
В 2004 году, с выходом альбома «Позывные на любовь», Стас Михайлов обретает большую популярность. На московских радиостанциях Радио Шансон, Милицейская волна и Радио дача появляются песни артиста. В этом же году проходит съёмка клипа на песню «Половинка».
В 2005 году при поддержке Радио Шансон выходит альбом Стаса Михайлова «К тебе иду», включающий композиции «Приказ» и «Война», посвященные героям Великой Отечественной.
В марте 2006 года Стас впервые собирает с аншлагом один из самых престижных залов страны — БКЗ «Октябрьский». В конце года выходит альбом «Берега мечты», снимается клип на одноимённую песню, и проходит первый сольный концерт в Москве в концертном зале гостиницы «Космос», на котором производилась съёмка первого DVD—альбома певца, изданного под названием «Всё для тебя».
В 2007 году выходит сборник лучших песен певца «Всё для тебя» и очередной 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 Стаса Михайлова «Нежданная любовь», и в декабре — альбом «Жизнь-река», с презентацией которого артист собирает с аншлагом пять концертов в БКЗ «Октябрьский». Снимается видеоклип на песню «Странник». Для альбома «Жизнь-река», совместно с певицей Зарой, Стас записывает дуэт «Летим».
В 2009 году Стас Михайлов получает две награды — Радио Шансон называет его «Артистом года», а за песню «Между небом и землей», на которую был снят клип, ему вручается Национальная премия «Золотой Граммофон». С этой же песней Стас 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 Стас Михайлов и Таисия Повалий становится лауреатом премии «Золотой Граммофон».
29 августа в эфире Первого канала с огромным успехом у телезрителей прошёл показ концерта «Между небом и землей» — телеверсии программы «Живой», что придало новый импульс популярности Стаса Михайлова. По опросу ВЦИОМ в номинации «Певец года» Стас занял третье место, уступив только Филипу Киркорову и Николаю Баскову. Но при этом, фактически, по итогам года Стас Михайлов становится самым популярным певцом русскоязычного пространства, о чем говорят рекордные продажи альбомов и аншлаги в 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 Заслуженного артиста РФ.
В 2011 году артист тремя концертами — 31 марта, 2 и 4 апреля, в Государственном Кремлёвском дворце, представил свою новую программу «Только ты», а 21 июня компания Квадро-Диск выпустила одноимённый альбом. Были сняты клипы на песни с этого альбома «Женщина-вамп» и «Спаси меня».
25 июля 2011 года журнал «Forbes» опубликовал рейтинг «50 главных российских знаменитостей», в котором Стас Михайлов сместил с первого места теннисистку Марию Шарапову, неизменно занимавшую первую строчку в списке российских звезд на протяжении шести лет. Стас попал в рейтинг журнала «Forbes» впервые — и сразу на первое место.
В сентябре Стас Михайлов был включён в Общественный совет при ГУ МВД.
18, 23, 25 и 27 декабря 2011 в Государственном Кремлёвском дворце и БКЗ «Октябрьский» певцом представлена акустическая программа «Я открою своё сердце», в сопровождении симфонического оркестра.
6 февраля 2012 года был официально зарегистрирован как доверенное лицо кандидата в Президенты РФ и действующего премьер-министра Владимира Путина.
Жена Инна (9 мая 1973, Кировоград, Украина), с которой Стас познакомился с в 2006 году
В семье Михайловых пятеро детей:
В настоящее время жена Михайлова снова беременна, рождение шестого ребенка ожидается летом 2012 года.