Stoltenberg tjenestegjorde som soldat i hæren fra 1944. Etter å ha fullført i 1949 studerte han historie, sosiologi og filosofi ved universitetet i Kiel, og ble dr. phil. i 1954. Deretter arbeidet han som forsker. I 1960 ble han professor. I 1965 og igjen i perioden 1969/1970 var han direktør for Kruppverkene i Essen.