Urodził się we wsi Studen izwor niedaleko miasta Tryn. Okolice te znane są w Bułgarii ze smacznych jogurtów. Stamen po ukończeniu męskiego liceum w Sofii studiował w Montpellier we Francji nauki przyrodnicze. Studia kontynuował w Genewie, gdzie poznał mikrobiologa prof. Léona Massola. Stamen Grigorow został jego asystentem i mógł korzystać z dobrze wyposażonego laboratorium profesora. Pracował nad wyjaśnieniem zjawiska fermentacji mleka. W 1905 roku wyizolował bakterie odpowiedzialne za powstawanie bułgarskiego jogurtu. W dalszych badaniach rozróżnił bakterie w kształcie pałeczek i kuliste kwasu mlekowego, pisząc że „"składa się z jednej bakterii w kształcie prętów i jednej kulistej bakterii kwasu mlekowego"”. W 1907 roku nadał kulistym bakteriom nazwę "Streptococcus thermophilus", a drugim nadano nazwę "Bacillus bulgaricus". Na cześć jego odkrywcy później zmieniono ją na "Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus" Grigoroff 1905. Korzystając z zaproszenia Ilji Miecznikowa, dyrektora Instytutu Pasteura w Paryżu, rosyjskiego emigranta i bakteriologa, miał możliwość przedstawić swoje odkrycie innym naukowcom. Wyniki jego badań zdobyły uznanie, a w prasie naukowej pojawiły się liczne publikacje na ten temat. Po zrobieniu doktoratu, Grigorow wrócił do Bułgarii, gdzie pracował jako lekarz i kierował szpitalem w Trynie. Prowadził też badania nad leczeniem gruźlicy i innych chorób płuc. W 1906 roku opracował własną szczepionkę przeciw gruźlicy, ale wcześniej zostało przedstawione francuskie odkrycie – szczepionka BCG. W 1912 roku podczas wojny bałkańskiej pracował jako lekarz polowy. Podczas I wojny światowej Stamen Grigorow był dowódcą szpitala polowego w pobliżu Petricza. Został odznaczony Orderem Waleczności i bułgarskim złotym medalem "Czerwony Krzyż". Zmarł w Sofii w 1945 roku.