Станислав Лем родился в 1921 году в городе Львове, Польша (ныне Украина). Родителями Лема были Сабина Воллер и Самуил Лем, богатый ларинголог и бывший врач в австро-венгерской армии. Хотя Станислав был изначально крещен в римско-католическую веру, он впоследствии стал атеистом, как заявлял сам Лем, «по моральным соображениям»: из-за явного несовершенства и несправедливости мира ему не хотелось думать, что он был создан намеренно.
После того, как Восточная Польша была присоединена к СССР в конце сентября 1939 г., Лему было отказано в обучении в политехническом институте из-за его «буржуазного происхождения» и только за счет связей его отца в 1940 году был принят в Львовский университет на отделение медицины. Во время Второй мировой войны и нацистской оккупации (1941—1944), Лем с отцом, будучи активными участниками движения Сопротивления, жили под фальшивыми документами и работали в качестве автомеханика и сварщика. Так как Лем имел еврейские корни, его семья была в куда большей опасности, чем другие польские граждане.
В 1945 году Восточная Польша вошла в состав Советской Украины и семья Лема, как и семьи многих поляков, была переселена в Краков, где Лем, по настоянию отца, поступил в Ягеллонский университет на лечебную специальность. Однако он отказался изменять своим убеждениям во время преобладающей в науке лысенковщины и в итоге не сдал выпускные экзамены. Однако еще до сдачи экзаменов он начал работать ассистентом в анатомическом театре университета и в свободное время писать рассказы.
Литературный дебют Станислава Лема в качестве поэта состоялся в 1946 году, и в то же время он опубликовал несколько романов. Начиная с этого года, Лем начинает публиковать в журнале «Новый Мир приключений» свой научно-фантастический роман «Человек с Марса». В период с 1947 по 1950 годы Лем, продолжая свою работу в качестве научного сотрудника, публиковал все новые стихи, рассказы, очерки и научные статьи. Однако у него начали возникать проблемы в публикации, ведь в то время все работы должны были проходить коммунистическую цензуру. В 1948 году Лем почти закончил автобиографическую повесть «Больница Преображения», но оно не было напечатано до 1955 года, когда он добавил к уже существующему тексту повести продолжение, написанное в духе социалистического реализма. В 1951 году он опубликовал свою первую книгу «Астронавты», после которой к писателю пришел литературный успех. Однако цензура не дремала: так как книгу признали научно-фантастическим романом для подростков, писателю пришлось включить в ее текст ряд высказываний о «светлом будущем коммунизма». Позже он раскритикует этот роман, а также некоторые из их ранних произведений как книги, не избежавшие идеологического влияния и назовет его примитивным. Тем не менее, именно после публикации «Астронавтов», Лем окончательно принял решение стать профессиональным писателем.
В 1953 году Лем женился на рентгенологе Барбаре Лесьняк, которая в 1968 года родила ему сына Томаша.
В октябре 1956 года, период оттепели в Советском Союзе привел к явлению, получившему название «Польский октябрь», когда Польша стала на пусть либерализации. Лем начал писать очень активно и продуктивно, и между 1956 и 1968 годами стал автором семнадцати книг. В это же время его произведения стали активно переводить за границей (в основном, в странах восточного блока). В 1957 году он опубликовал свое первое нефантастическое произведение — философскую работу «Диалоги». В 1964 г. вышла его вторая философская книга «Сумма технологии». Она примечательна тем, что содержит уникальный анализ перспектив социальных, кибернетических и биологических достижений. В данной работе Лем с философской точки зрения рассматривает такие сферы технологии, которые в то время существовали лишь в умах и словах фантастов, однако в настоящее время начинают играть все большую и большую роль: например, нанотехнологии и модели виртуальной реальности.
В течение нескольких следующих десятилетий он опубликовал большое количество футурологических и научно-фантастических книг, но начиная с 1980-х годов основным направлением творчества Станислава Лема становятся философские тексты и эссе.
Международная известность пришла к Лему в 1974 г. после публикации «Кибериады» на английском языке. «Кибериада» представляла из себя серию юмористических фантастических рассказов о вселенной, населенной в основном роботами. «Кибериада» безусловно, содержит и философский подтекст, недаром сам Лем относил этот цикл к жанру притчи. Наиболее известные романы писателя включают «Солярис» (1961), «Глас Господа» (1968) и «Фиаско» (1986), в котором отразил свой крайний пессимизм по поводу возможности контакта человечества с внеземными цивилизациями. «Солярис» в 1972 г. был экранизирован культовым советским режиссером Андреем Тарковским и получил Гран-при на Каннском кинофестивале в 1972 году. Однако сам Лем остался крайне недоволен этой экранизацией. В 2002 году Стивен Содерберг снял повторную экранизацию романа с Джорджем Клуни в главной роли.
В 1981 году Лем был удостоен почётной ученой степени Вроцлавского Технологического университета, затем — Львовского, Ягеллонского и Опольского университетов. В 1982 году, в связи с введением военного положения в Польше, Лем переехал в Западный Берлин, где стал научным сотрудником в Институте перспективных исследований. После он поселился в Вене, а 1988 г. — вернулся в Польшу.
В начале 1990-х Станислав Лем встретился с литературоведом и критиком Петром Свирски, который составил ряд обширных интервью, которые в 1997 г. были опубликованы вместе с другими критическими материалами и переводами.
В 1997 году Лем был удостоен чести стать почётным гражданином города Кракова.
В своих последних интервью в 2005 году, Лем выразил свое разочарование в жанре научной фантастики, и пессимизм в отношении технического прогресса. По его мнению, человеческое тело плохо приспособлено для космических путешествий, развитие информационных технологий приводит к тому, что по-настоящему полезную информацию становится крайне трудно найти в море информационного шума, а создание искусственного интеллекта и «умных» роботов невозможно.
Станислав Лем скончался в Кракове 27 марта 2006 года в возрасте 84 лет из-за болезни сердца.
