Nació el 13 de abril de 1924 en Carolina del Sur (USA).
De procedencia judía, sus padres eran Mordecai Moses (jefe de una tienda de ropa) y Helen Donen, y su hermana se llamaba Carla.
Desde su juventud se interesó por el cine y tras ver bailar a Fred Astaire y Ginger Rogers en el musical "Volando a Río" (1933), se interesó por la danza. Por esta razón tomó lecciones de baile en Columbia y actuó en un teatro local denominado Town Theater. Cuando viajó de vacaciones a Nueva York en compañía de su familia, pudo ver diversos musicales y tomó lecciones de danza con Ned Wayburn, un coreógrafo que había enseñado a Astaire.
Tras finalizar sus estudios secundarios, comenzó a estudiar Psicología en Carolina del Sur. En 1940 se estableció en Nueva York y consiguió uno de sus primeros trabajos como bailarín de coro en la obra musical de Broadway "Pal Joey", protagonizada por Gene Kelly, con quien entabló una gran amistad.
Desde su juventud se interesó por el cine y tras ver bailar a Fred Astaire y Ginger Rogers en el musical "Volando a Río" (1933), se interesó por la danza. Por esta razón tomó lecciones de baile en Columbia y actuó en un teatro local denominado Town Theater. Cuando viajó de vacaciones a Nueva York en compañía de su familia, pudo ver diversos musicales y tomó lecciones de danza con Ned Wayburn, un coreógrafo que había enseñado a Astaire.
Tras finalizar sus estudios secundarios, comenzó a estudiar Psicología en Carolina del Sur. En 1940 se estableció en Nueva York y consiguió uno de sus primeros trabajos como bailarín de coro en la obra musical de Broadway "Pal Joey", protagonizada por Gene Kelly, con quien entabló una gran amistad.
A consecuencia de ello, Kelly le ofreció que fuese su coreógrafo en otro musical de Broadway titulado "Best Foot Forward", y aunque luego fue despedido, volvió a ayudar a este en las coreografías de "Call Me Mister". Cuando "Best Foot Forward" fue adaptada al cine, Donen se trasladó a Hollwyood para realizar una audición y logró ejercer como bailarín de coro y coreógrafo asistente.
Más tarde, prosiguió su relación profesional con Kelly, y cuando este se convirtió en estrella de musicales cinematográficos, Donen ejerció como coreógrafo en "Las modelos" (1944), "Levando anclas" (1945), "Living in a Big Way" (1947) y "Take Me Out to the Ball Game" (1949). Entre 1944 y 1946 también hizo otros trabajos como coreógrafo en musicales como "El recuerdo de tus labios" (1947) o "Así son ellas" (1948).
Más tarde, prosiguió su relación profesional con Kelly, y cuando este se convirtió en estrella de musicales cinematográficos, Donen ejerció como coreógrafo en "Las modelos" (1944), "Levando anclas" (1945), "Living in a Big Way" (1947) y "Take Me Out to the Ball Game" (1949). Entre 1944 y 1946 también hizo otros trabajos como coreógrafo en musicales como "El recuerdo de tus labios" (1947) o "Así son ellas" (1948).
En 1949 debutó como director en el clásico del musical "Un día en Nueva York", donde compartió créditos con Gene Kelly, también protagonista junto a Frank Sinatra y Jules Munshin. El gran éxito del film lo llevó a dirigir "Bodas reales", con su admirado Fred Astaire y Jane Powell. En 1952 dirigió la obra maestra del género "Cantando bajo la lluvia", también co-realizada y protagonizada por Gene Kelly. Luego llegaron otros musicales como "Tres chicas con suerte" (1953), la excelente y popular "Siete novias para siete hermanos"(1954), con Howard Keel y Jane Powell; "Profundamente en mi corazón" (1954); "Siempre hace buen tiempo" (1955) , secuela de "Un día en Nueva York" con protagonismo de Kelly; "Una cara con ángel" (1957) con Fred Astaire y Audrey Hepburn; o "Juego de pijamas" (1957) con Doris Day.
En 1955 dirigió algunas escenas del film "Un extraño en el paraíso" de Vincente Minnelli. En 1957 fue el realizador de la comedia con Gene Kelly "Bésalas por mí". Sus siguientes films fueron la comedia romántica "Indiscreta" (1958) con Cary Grant e Ingrid Bergman; y el musical "Malditos yanquis" (1958). Cuando los musicales comenzaron a ser menos populares, se centró en otros géneros, de modo, y en 1960 dirigió las comedias "Volverás a mí", "Una rubia para un gángster" y "Página en blanco" (1960). En 1963 y 1966 estuvo al frente dos comedias de intriga: "Charada", con Cary Grant y Audrey Hepburn; y "Arabesco", con Gregory Peck y Sophia Loren. En 1967 fue el turno de la estupenda comedia dramática británica "Dos en la carretera", con Audrey Hepburn y Albert Finney.
Luego llegaron los films "Al diablo con el diablo" (1967), "La escalera" (1969), "El pequeño príncipe" (1974), adaptación musical de "El principito" de Antonine de Saint-Exúpery; "Los aventureros de Lucky Lady" (1975) y "Movie Movie" (1978). En 1980 dirigió el film de ciencia-ficcón "Saturno 3", con Kirk Douglas y Farrah Fawcett.
Su última película fue la comedia romántica "Lío en Río", protagonizada por Michael Caine. En 1986 dirigió el videoclip "Dancing in the Ceiling" de Lionel Richie; y realizó y coreografió un episodio de "Luz de Luna". Ese año también produjo la entrega de los Oscar.
En 1993 estuvo a punto de realizar el musical teatral basado en "El extraño caso del Dr. Jekyll y Mr- Hyde" con Michael Jackson, pero el proyecto se canceló. Sin embargo, en 1994 si pudo realizar un musical escénico basado en "Las zapatillas rojas". En 1998 recibió el Oscar Honorífico por toda su trayectoria. En 1999 y 2004 hizo sus últimos trabajos como director, con el telefilm "Cartas de amor" y la obra musical teatral "Adult Etertainment".
Tras estos proyectos, se retiró del mundo del espectáculo. En lo personal, estuvo casado en cinco ocasiones: Su primera y segunda fue la actriz Jeanne Coyne (1948-51). Luego se unió a la también intérprete Marion Marshall, madre de sus dos primeros hijos. Su tercera mujer fue Margaret Adelle Dillingham (1960-1971), madre de su tercer hijo. Su cuarta esposa fue la actriz Yvette Mimieux (1972-1985), y la quinta Pamela Braden (1990-94). Desde 1999 y hasta su fallecimiento, fue pareja de de la actriz, guionista y directora Elaine May. Stanley Donen falleció el 21 de febrero de 2019 en Nueva York (USA), a la edad de 94 años y a consecuencia de un ataque al corazón. Con su muerte, Hollywood pierde a otro de sus realizadores clásicos irrepetibles.