Крейн родился 1 ноября 1871 года в Ньюарке (шт. Нью-Джерси). Его отец, методистский священник, умер, когда мальчику было 10 лет. Окончив школу в 1888 году, он учился далее в Лафайет-колледже, а затем в Сиракузском университете. В юности он занимался журналистикой, играл в бейсбол. Начал писать в 15 лет. В 1891 году умерла мать Крейна. Он переехал в Нью-Йорк, где снял комнату в бедном районе и устроился работать газетным репортером. Его мастерство как очеркиста скоро было замечено всеми. Он начал писать первую большую вещь, повесть о жизни обитателей нью-йоркских меблированных комнат. Его книга «Мэгги, уличная девчонка» (англ. Maggie: A Girl of the Streets, 1893) — это история молодой работницы, которую ледяное безразличие ближних загнало на панель. Издатели отвергли книгу, и Крейн издал повесть за свой счет под псевдонимом Джонстон Смит (Johnston Smith). Книга продавалась плохо, но была одобрена влиятельными литераторами Хэмлином Гарлендом и Уильямом Дином Хоуэллсом, которым писатель послал экземпляры. Последний писал:
На книгу появилось много рецензий, автор становится известен, знакомится с такими писателями как Марк Твен и Фрэнсис Брет Гарт.
В те же годы он начал работать над стихами, вдохновленный творчеством Эмили Дикинсон, книга которой незадолго до этого попала к нему в руки. Стихи в сборнике «Черные всадники и другие строки» (англ. The Black Riders and Other Lines, 1895) объединены мотивом странствий поэта и его размышлений на философские и религиозные темы. Вторым после Уолта Уитмена Крейн использует технику свободного стиха. По стилю же он и Уитмен — антиподы: для стихов Крейна характерны лаконизм, афористичность, горькая ирония и сдержанность чувств.
Одновременно со стихами Крейн написал книгу, принесшую ему мировую славу: «Алый знак доблести» (англ. The Red Badge of Courage), который до сих пор считается лучшим в американской литературе романом о Гражданской войне в США. Журнальный вариант романа, появившийся в 1894 году, был восторженно встречен читателями. Книжное же издание романа в 1895 году принесло писателю известность и финансовый успех. В 1895 Крейн отправился в поездку по западным штатам США и Мексике, в результате которой написал целую серию газетных очерков, а главное — такие знаменитые рассказы, как «Голубой отель» (англ. The Blue Hotel) и «Как новобрачная приехала в Йеллоу-Скай» (англ. The Bride Comes to Yellow Sky). В 1896 он издал вторую версию «Мэгги», несколько умерив морализаторский пыл повествования и «смягчив» диалог.
В конце 1896 Крейн уехал на Кубу. 2 января 1897 года судно, на котором он путешествовал, затонуло, и Крейн чудом добрался до берега. Позже эта история нашла отражение в известнейшем крейновском рассказе «Шлюпка в открытом море». В том же году вышли романы «Мать Джорджа» (англ. George's Mother, 1896), реалистическая картина распада отношений между блудным сыном и религиозной матерью, и «Третья фиалка» (англ. The Third Violet, 1896), романтическая история любви нью-йоркских художников, а также сборник рассказов «Маленький полк» (англ. The Little Regiment, 1896).
В 1897 Крейн отправился на поля сражений греко-турецкой войны и посылал репортажи оттуда в американские газеты. После окончания войны Крейн обосновался в Англии. В число его новых друзей-литераторов вошли Генри Джеймс, Джозеф Конрад и Герберт Уэллс. В 1898 году выходит книга его рассказов «Шлюпка в открытом море и другие приключенческие рассказы» (англ. The Open Boat and Other Tales of Adventure, 1898). На следующий год выходит второй сборник стихов Крейна «Добрая война» (англ. War is kind, 1899). В него вошли некоторые его ранние стихи, также как и написанные в год перед публикацией тексты. «Я объявляю войну войне», — так Крейн охарактеризовал тему своей новой книги, содержащей как импрессионистические зарисовки, так и философские стихотворения.
Последние годы жизни писателя были омрачены туберкулёзом. К тому же он никак не мог освободиться от долгов, что заставляли его работать не покладая рук. Он опубликовал роман «На действительной службе» (англ. Active Service, 1899), книги рассказов психологического жанра «Чудовище и другие рассказы» (англ. The Monster and Other Stories, 1899), «Раны под дождем» (англ. Wounds in the Rain, 1900) и «Уиломвильские рассказы» (англ. Whilomville Stories, 1900). Даже издатели умоляли его не работать с таким напряжением. В 1900 году Крейн уже в основном диктовал свои рассказы и новый роман «О’Рудди» (англ. The O'Ruddy, 1903, завершен Р.Барром после смерти писателя), так как не был в состоянии писать. Крейн умер 5 июня 1900 в Германии, в курортном городке Баденвайлер, где впоследствии от той же болезни умер Чехов.
Посмертная судьба его наследия была более или менее благополучной. Собрание его сочинений насчитывает 12 томов (по российским меркам, 6). Крейн был и остается непревзойденным мастером короткого рассказа, у которого учились Хемингуэй, Фолкнер и Драйзер. Рассказы «Шлюпка в открытом море» и «Голубой отель» считаются лучшими американскими рассказами всех времен. Прославивший Крейна роман «Алый знак доблести» до сих пор переиздается миллионными тиражами и переведен на все основные языки. Как поэт, Крейн определил пути развития англоязычной поэзии на целое столетие. Его влияние признавали такие поэты как Карл Сэндберг, Уильям Карлос Уильямс, Томас Стернз Элиот. Известный поэт Джон Берримен опубликовал свою биографию Стивена Крейна. Герберт Уэллс писал о нем: