生于印第安纳州利兹维尔。1926年毕业于里士满伊尔汉学院，获理学士学位。后到伊利诺大学深造，1927年获理学大雨学位，1929年获哲学博士学位。还曾获多所美国著名大学荣誉博士学位。1929年任伊利诺大学化学讲师。1930-1931年在德国慕尼黑大学从事研究。1931年到洛克菲勒医学研究所工作。1940年任加利福尼亚大学教授，1948年任生物化学系主任兼病毒实验室主任，1958年任病毒学系主任，1964年任分子生物学教授，1951年任世界卫生组织顾问小组成员。1955-1958年任美国国家科学院生物化学部主任。1957-1961年任美国癌症研究所科学顾问组成员。是美国科学促进会、美国哲学会、美国化学会、美国免疫学家协会、美国植物病理学会会员。
斯坦利主要研究病毒学。1935年首次获得病毒结晶体，证明病毒是蛋白质的。1936从结晶病毒中离析出核酸。还对流行性感冒、病毒变种及繁殖进行了大量研究。
斯坦利因病毒蛋白酶的研究成果，1946年与萨姆纳、诺思罗普共获诺贝尔化学奖。斯坦利还曾获美国癌症学会、美国科学促进会等许多学术团体的奖金和奖章。