Стефана Петрова Димитрова е родена на 13.08.1935 г. в гр. Сливен в семейството на писателя Петър Димитров-Рудар и преводачката Божана Михайлова Димитрова. През 1953 г. завършва руската гимназия в София със златен медал, а по-късно и Филологическия факултет на Московския университет „М. Ломоносов“ по специалностите: Руски език, Литература, Общо и приложно езикознание – с отлична диплома и препоръка за аспирантура.
През 1967 г. в Московския университет под ръководството на проф. В. А. Звегинцев защитава кандидатска дисертация на тема „Аспектите в хипотезата на Сапир и Уорф“, а през 1980 г. в София – докторска дисертация на тема „Пресупозициите на дискурса“. От 1971 г. е доцент по съвременен руски език, а от 1983 г. професор по славянско и общо езикознание. През 1998 г. е избрана за д-р хонорис кауза на ШУ „Еп. К. Преславски“, където е работила 13 години по съвместителство и е основателка и ръководителка на катедрата по руски език. От 1984 г. работи в Института за български език при БАН, където в течение на 10 години е била ръководител на Секцията по общо и приложно езикознание.
Работила е като гост-професор в Полша – гр. Лодз (1983-1984) и Германия – гр. Гьотинген (1997-2000). Чела е лекции в почти всички европейски страни и в САЩ. След завръщането си в България редовно чете лекции в СУ „Св. Климент Охридски“ и в ПУ „П. Хилендарски“. Участва в провеждането на магистърските програми в Шуменския и Великотърновския университети. Член е на редколегиите на поредиците „Българско езикознание“ (АИ „Проф. М. Дринов“) и „Чуждестранна лингвистика“ („Наука и изкуство“); на българските списания „Съпоставително езикознание“ и „Чуждоезиково обучение“ и на международното списание „Stylistyka“ (Полша).
Проф. Димитрова е един от четиримата български членове на Европейското лингвистично дружество и единственият български член на Американското лингвистично дружество. Автор на многобройни монографични изследвания, студии, статии, рецензии. За своите научни трудове многократно получава награди: за „Квантитативните и стуктурални методи в изкуствознанието“ (1979) – от Международната лингвистична директория в Хага за най-добро структурално теоретично изследване; за „Лингвистична относителност“ (1989) – ІІ-ра награда „Акад. Вл. Георгиев“ на БАН за най-добър лингвистичен труд на годината; за „Исключения в русском языке“ (1994) – наградата на МАПРЯЛ за най-добър лингвистичен труд на годината; за „Български език“ (1997) – колективна монография, на която е научен редактор, съставител и автор – почетна грамота на Ополския университет; за „Езиково съзнание“ (1998) – сборник студии, на който е съставител, редактор и автор – първа награда от Министерството на науката и образованието и от Фонд „Научни изследвания“.
Владее руски, полски, английски, немски, френски; ползва всички славянски езици, хинди, санскрит, латински, старогръцки. Научните й интереси са в областите: общо езикознание, лингвистика на текста, лингвистична типология, съпоставително езикознание, семантика, детска лингвистика, психолингвистика (езиково съзнание), лингвистична прагматика, руско езикознание.