Etter examen artium 1860 og cand. philol. i 1866 ble han universitetsstipendiat i 1875 som ledet til dr. phil. i 1877 på avhandlingen «De historia variisque generibus statuarum iconicarum apud Athenienses» som var fra en tur til Grekenland i 1875. Samme år ble han bestyrer av Universitetet i Kristianias myntkabinett, og i 1881 bestyrer av Skulpturmuseet. Fra 1888 til 1914 var han dessuten professor. Stensersen skrev flere avhandlinger om norske myntfunn.