Nicolas Sténon est né à Copenhague en 1638, dans une fervente famille protestante, son père était forgeron. Il entreprend des études universitaires humanistes et scientifiques ainsi que de médecine à partir de 1656, d'abord à Copenhague où il est le disciple de Thomas Bartholin et condisciple de Olaf Borsh. Il termine ses études à l'Université de Leyden où il est diplômé médecin. Il avait noué des relations amicales avec Spinoza (1632-1677) qu'il tenta plus tard de convaincre, en vain, de rejoindre avec lui la religion catholique.
Sténon 
est amplement connu pour ses études d'anatomie, de géologie et de théologie. Ses études anatomiques lui permettent de mettre en évidence le canal excréteur de la glande parotide qui portera son nom, le canal de Sténon. Il étudia également les glandes lacrimales et découvrit que leur sécrétion sert uniquement à maintenir l'œil humide
Polyglotte, il effectue plusieurs séjours à Paris, Montpellier, Nimes et Bordeaux. En 1665, il s'installe en Toscane, à Florence où il travaille, avec d'autres scientifiques de renom comme Malpighi, Viviani et Redi, à l'étude de la structure des muscles, des vaisseaux sanguins et du cerveau. Ainsi Sténon fut le premier à reconnaître que le cœur n'est qu'un muscle, concept opposé à celui soutenu par Aristote, Platon et Galien. Il formula également la théorie selon laquelle tous les animaux vivipares produisent des œufs. Dans un "Discours sur l'anatomie du cerveau" prononcé en 1665 à Paris il différencie la substance blanche de la substance grise du cerveau.
Sténon proposa que la connaissance de la nature dépend de l'étude des théories spéculatives existantes, de l'observation visuelle, de la vérification par nécropsie et les conclusions formulées comme résultat de l'investigation.
En 1667, il publie à partir de ces recherches un traité intitulé "Elementorum myologiae specimen", tandis que, la même année, il se convertit au catholicisme.
Mais Sténon 
ne se cantonne pas au domaine de l'anatomie comparée. En 1669 paraît, à la suite de nombreux voyages et observations en Italie, un ouvrage qui fera date dans le domaine de la géologie : "De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus". Dans ce livre, le savant danois jette les bases de la cristallographie en montrant que les angles des faces des cristaux de quartz restent constants malgré leurs différences d'aspect et de taille. De plus, il suggère que les fossiles constituent les restes des organismes vivants ayant disparus, une idée totalement révolutionnaire pour l'époque. Sténon fournit également une explication à la formation des montagnes par les mouvements de la croûte terrestre et démontre l'importance de l'érosion. Il met enfin en lumière le phénomène de sédimentation et donc la notion de strate. Par l'étude approfondie des couches sédimentaires et des fossiles, il prouve ainsi qu'il est possible de reconstituer l'histoire géologique d'une région, travail qu'il exécutera en Toscane, sa région d'adoption.
Peu à peu toutefois, Sténon abandonne la recherche scientifique pour se consacrer à la religion. En 1675, il est ordonné prêtre avec dispense de l'examen de théologie. Il est nommé successivement vicaire apostolique de Hanovre, évêque de Münster en 1677, puis passa à Hambourg et à Schwerin. Menant une vie d'ascète, il consacrera la fin de sa vie à la conversion des luthériens.
Il décède à Schwerin en 1686. Il fut béatifié par Jean-Paul II en 1988.
Il fit de toute sa vie une recherche passionnée de la vérité scientifique et religieuse