Stefan był synem Gozelona, diuka Lotaryngii, wnukiem ostatniego króla Italii. Wykształcenie uzyskał w Liège, w kościele św. Lamberta. W latach 1041-1048 był biskupem Liège. Papież Leon IX (jego kuzyn) zabrał go ze sobą do Rzymu, kiedy wracał z pielgrzymki do Niemiec i Francji. Piastował stanowisko kanclerza i bibliotekarza Kościoła rzymskiego. W tej roli towarzyszył papieżowi w jego wędrówkach po Europie. Pod koniec życia Leon IX wysłał go z poselstwem do Konstantynopola, ale misja nie przyniosła owoców; odwrotnie, przypieczętowała podział Kościoła.
Po śmierci papieża Stefan udał się na Monte Cassino. Tam został 36. opatem. Wkrótce następca Leona IX, papież Wiktor II, mianował go kardynałem, prezbiterem kościoła św. Chryzogonusa. W roku 1057 wybrano go na stolicę Piotrową. Znany jest jako Stefan IX albo Stefan X - ze względu na błąd w numeracji, który sprostowano dopiero na Soborze Watykańskim II. Jako papież kontynuował reformy i zmiany zainicjowane przez św. Leona IX. Podjął wewnętrzną reformę Kościoła. Zwołał kilka synodów, na których potępiono symonię i małżeństwa kleru. Kapłani, którzy żyli w konkubinacie, mieli być usuwani z urzędu.
Nie zdążył zrealizować planowanego wznowienia rozmów z Kościołem bizantyjskim, by zakończyć schizmę. Uniemożliwiła mu to choroba, z którą zmagał się niemal od wyboru na Stolicę Piotrową. Jego pontyfikat trwał niecały rok. Zmarł w 1058 r. we Florencji. Pochowany został w kościele św. Reparaty (na którego miejscu wznosi się dziś katedra Santa Maria del Fiore).