Stephen Hales est né le 17 septembre 1677 à Bekesbourne dans le Kent. En juin 1696 il commence des études de théologie et intègre le Corpus Christi College; Il est ordonné prêtre en février 1703 il est admis dans la communauté. En 1709 il se présente au vicariat de Teddington dans le Middlesex où il demeure jusqu'à la fin de sa vie. 
Il devient aussi recteur de Porlock dans le Somerset puis celui de Faringdon dans le Hampshire. En 1717 il est élu membre de la Royal Society qui lui décerne la médaille Copley en 1739. En 1732 il est membre d'un comité qui étudie l'établissement d'une colonie en Géorgie. En 1733 il reçoit son doctorat à Oxford. Il est aumônier de princesse de Galles en 1750. À la mort de Hans Sloane en 1753 il devient membre de l'Académie des sciences.
Hales étudie la rôle de l'air et de l'eau chez les plantes et les animaux. Il décrit les mouvements de l'eau dans les plantes et montre qu'elles absorbent de l'air. Il découvre les dangers de respirer dans des poches d'air stagnantes et invente un ventilateur qui améliore l'espérance de vie sur les bateaux, dans les hôpitaux et les prisons.
Pionnier de la physiologie expérimentale il montre que la moelle épinière sert de médiateur a certains réflexes. Il étudie les calculs rénaux et biliaires et suggère l'utilisation de solvant qui pourrait les réduire sans intervention chirurgicale. Il a aussi inventé le forceps.
Hales est mieux connu pour son ouvrage Statical Essays.
Le premier volume Vegetable staticks, paru en 1727 contient le compte-rendu d'un bon nombre d'expérience sur des plantes : Hales y relate ses expériences en physiologie végétale, sur la respiration, la transpiration et la nutrition notamment. Son travail le plus connu concerne la mesure de la vapeur d'eau émise par les plantes. Il note, au cours d'un cycle de 24 heures chez une plante, une réduction nocturne du niveau de transpiration. Il montre que ce mécanisme favorise l'absorption de l'air et de l'eau et des nutriments par la racine. Il confirme le sens de circulation de la sève, des racines aux feuilles. Ce livre sera traduit en français par Buffon sous le titre La Statique des végétaux et l'analyse de l'air en 1735
Le 
second volume, paru en 1733, Haema staticks contient des descriptions d'expérience sur la force du sang pour divers animaux, sa vitesse d'écoulement et la capacité de divers vaisseaux sanguins. Stephen HALES imagine d'utiliser un manomètre à eau pour mesurer directement la pression du sang dans les artères des chiens et "d'une vieille jument attachée sur le dos". A cette instrumentation encombrante, Jean Poiseuille substituera en 1828 un "hémomanomètre" à mercure
En outre, Stephen Hales inventa un système de ventilateur, permettant la circulation de l'air dont les applications permettront d'améliorer la vie de nombreuses personnes dans les hôpitaux, les prisons et sur les bateaux.
Stephen Hales est mort le 4 janvier 1761 à Teddingon.