Stensønes har vært i Forsvaret siden 1983, og hans militære karriere innbefatter særlig stillinger i Sjøforsvaret og Forsvarets logistikkorganisasjon (FLO). Mye av hans sjømilitære bakgrunn er fra fra MTB-våpenet. Mellom 1987 og 1995 hadde han ti år med sjøoperativ tjeneste på missiltorpedobåter: Som nestkommanderende i 23. MTB-skvadron, som skipssjef i 24. og 26. MTB-skvadron, og deretter som øverste leder for 26. MTB-skvadron, før han ble sjef for Sjøforsvarets MTB treningssenter. Fra 2004 til 2006 var han skvadronssjef for 21. MTB-skvadron. Deretter var Stensønes avdelingsleder ved Sjøforsvarets utdannings- og kompetansesenter, KNM Tordenskjold (1995–1998), før han tjenestegjorde som militærassistent for Generalinspektøren for Sjøforsvaret (GIS) i Sjøforsvarsstaben (1997–1998).