Ş. Heelin ailəsi Banat Svab sülaləsindən idi. Orta məktəb təhsilini Timişoara şəhərində alıb.  1979-cu ildə valideynləri ilə birlikdə Almaniyaya mühacirət edib.

Ştefan Hell 1981-ci ildə Heydelberq Universitetinə (Almaniya) daxil olub və 1990-cı ildə həmin universitetdə fizika üzrə doktorluq dərəcəsi alıb. Onun elmi rəhbəri bərk cisim fizikası üzrə mütəxəssis prof. Zieqfrid Hunqlinger və dissertasiyasının mövzusu "Şəffaf mikrostrukturların konfokal mikroskopda təsviri" olub.

Bir müddət Ştefan Hell müstəqil bir ixtiraçı kimi və konfokal mikroskopiyada sahə dərinliyini (eksenel optik ayırdetmə) yaxşılaşdırmaq üzərində çalışdı və bu, sonradan 4Pi mikroskopunun ixtirasına səbəb oldu. "İcazə" hər hansı bir mikroskopun ən vacib xüsusiyyətidir, bu bir-birindən çox yaxın məsafədə yerləşən iki oxşar obyekti ayrıca müşahidə etmək qabiliyyətinə malik olmasıdır.

1991–1993-cü illərdə Ştefan Hell Heydelberqdəki Avropa Molekulyar Biologiya Laboratoriyasında işləmiş və burada 4Pi mikroskopiyasının fundamental imkanlarını nümayiş etdirə bilmişdir. Daha sonra (1993–1996-cı illərdə) Turku Universitetinin (Finlandiya) Tibbi Fizika Fakültəsi qrupunun rəhbəri idi və burada flüoresansın (selektiv) stimullaşdırılmış söndürülməsinin təsiri əsasında optik mikroskopiyanın yeni prinsiplərini inkişaf etdirdi. (STED- emissiyaların tükənməsini stimullaşdıran mikroskop adlanır) Bununla yanaşı, 1993–1996-cı illərdə Ştefan Hell 6 ay Oksford Universitetində də  dəvətlə çalışıb.

1996-cı ildə Heydelberq Universitetində fizika professoru adını almış, 2002-ci il oktyabrın 15-də isə Maks Plank adına Biofiziki Kimya İnstitutuna direktor təyin edilmiş və burada nanobiofotonika kafedrasının əsasını qoymuşdur.

2003-cü ildə Ş. Hell "Alman Xərçəng Araşdırma Mərkəzində" və Heydelberqdəki "Maks Plank Tibbi Tədqiqatlar İnstitutunda" "Optik Nanoskopiya" şöbəsinin müdiri oldu. STED mikroskopiyasının və oxşar optik "nanoskopiya" üsullarının kəşfi və sonrakı inkişafı flüoresan mikroskopun ən vacib xüsusiyyətini — ilkin olaraq istifadə olunan işığın dalğa uzunluğunun yarısı ilə məhdudlaşan həlledici gücünü əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmağa imkan verdi (>200 nanometrlər). Ştefan Hell, ilk dəfə nəzəri və praktikada floresan mikroskopun optik ayırdetmə qabiliyyətinin difraksiyadan asılı olmadığını və görünən işığın dalğa uzunluqlarından (bir neçə on nanometrə qədər) əhəmiyyətli dərəcədə kiçik olan dəyərlərə qədər yaxşılaşdırdığını  göstərdi. Ernst Carl Abbe öz prinsipini dərc etdiyi vaxtdan yəni 1873-cü ildən  bu, qeyri-mümkün hesab olunurdu. Bu kəşflə prof. Ş. Hell  bütövlükdə elmə, xüsusən də təbiət elmləri və tibb üçün əhəmiyyəti olan və hər il verilən ""Almaniya Gələcək Mükafatı"na layiq görüldü (Deutscher Zukunftspreis) və 23 noyabr 2006-cı ildə professor Ş. Hell-ə verildi. O, bu mükafatın onuncu laureatı idi.

2014-cü ildə o, nanotexnologiya sahəsi  üzrə Kavli mükafatını və elmin digər sahələrində çoxlu kəşflər etməyə imkan verən flüoresan mikroskopun yaradılmasına görə kimya üzrə Nobel mükafatını (Erik Betziq və Uilyam Mörnerlə birgə) qazanmışdır.

• 2002-ci ildə -Carl Zeiss mükafatı
• 2007-ci ildə -Tətbiqi Fizika üzrə Yulius Şpringer Mükafatı
• 2008-ci ildə -Leibniz Mükafatı
• 2009-cu ildə -Otto Hana Mükafatı
• 2009-cu ildə — Körber Mükafatı
• 2014-cü ildə -Kavli Mükafatı
• 2014-cü ildə — Kimya üzrə Nobel Mükafatı
• 2016-cı ildə — Vilhelm Exner medalı
• 2016-cı ildə — Onsager Medalı, Norveç Təbiət və Texnologiya Universiteti