Sebastian Stan nasceu em Constança, Romênia Socialista. Filho único, seus pais se divorciaram quando ele tinha 2 anos de idade. Após a Revolução Romena, mudou-se, aos 8 anos, com sua mãe para Viena, Áustria, onde ela trabalhou como pianista. Quatro anos mais tarde, eles mudaram-se para o Condado de Rockland, Nova Iorque, após a mãe casar-se com o dono de uma escola privada da região, na qual Stan foi educado."Foi difícil, era como estar em um filme de terror. Tu estás habitando em diferentes mundos, falando línguas diferentes. Mas de certo modo me ajudou. Quando tu és jovem, só queres encaixar-se em grupos. Daí cresces e percebes que o que aconteceu foi acostumar-se com ser diferente." — Stan ao falar sobre suas mudanças de países.Durante seus anos na Rockland Country Day School estrelou produções como "Harvey", "Cyrano de Bergerac", "Little Shop of Horror, Over Here" e "West Side Story". No acampamento de verão Stagedoor Manor Stan foi introduzido ao mundo da atuação e escalado em várias produções, como "Grease" e "Sweet Charity". Visando seu futuro como ator, ele inscreveu-se em inúmeros programas de atuação em várias faculdades. Foi aceito e cursou a Universidade Rutgers, e isso deu-lhe a oportunidade de passar um ano estudando atuação no Sheakespeare’s Globe Theatre, em Londres, Inglaterra.