Stanislavas Lemas gimė Lvovo mieste, tuo metu priklausiam Lenkijai (dabar — Ukrainai), Sabinos Woller ir Samuelio Lemo šeimoje. Lemas buvo žydų kilmės, tačiau auginamas kaip katalikas, o vėliau save laikė ateistu. Lvovo universitete 1939–1941 m. studijavo mediciną. Per Antrąjį pasaulinį karą ir nacių okupaciją Lemas išvengė persekiojimo dėl savo kilmės, nes turėjo netikrus dokumentus. 1946 m. Stanislavas Lemas persikėlė iš Sovietų Sąjungos okupuotos teritorijos į Krokuvą ir tęsė medicinos studijas Jogailos universitete. Kad išvengtų karo gydytojo tarnybos, Lemas nelaikė baigiamųjų egzaminų, todėl tik gavo pažymėjimą, kad studijas baigė. Dirbo asistentu mokslinėje institucijoje ir laisvu laiku ėmė rašyti. 1946 m. Stanislavas Lemas debiutavo kaip poetas, taip pat išleido keletą romanų. 1951 m. išleido pirmąjį mokslinės fantastikos romaną — „Astronautai” (Astronauci). 1956 m. išleistas kitas romanas — „Magelano debesis” — paties autoriaus vėliau buvo vertinamas kaip menkavertis, tačiau tuo pačiu tai buvo kūrinys, pastūmėjęs Stanislavą Lemą ir toliau rašyti. 1957 m. Stanislavas Lemas išleido pirmąją negrožinę filosofinę knygą „Dialogai" (Dialogi), o po ketverių metų, 1961-aisiais, pasaulį išvydo pats žymiausias Lemo darbas — „Soliaris”. Tačiau tarptautinės šlovės pirmiau susilaukė kitas Stanislavo Lemo veikalas — trumpų apsakymų serija „Kiberiada”, pasakojantis apie pasaulį, valdomą robotų ir kitų intelektualių mašinų. 1977 m. Stanislavas Lemas tapo Krokuvos garbės piliečiu, o 1981 m. gavo garbės laipsnį iš Vroclavo Politechnikos, vėliau iš Opolės, Lvovo ir Jogailos universitetų. 1981 metų gruodžio mėnesį Lenkijos Liaudies Respublikoje įvedus karinę padėtį, Stanislavas Lemas išvyko į Berlyną, o paskui išvažiavo į Vieną ir grįžo tik 1988-aisiais