Станислав Ростоцкий родился в городе Рыбинске в семье врача Иосифа Болеславовича и модистки Лидии Карловны Ростоцких. Отец происходил из польского аристократического рода; дед служил генералом в Русской императорской армии, был назначен прокурором лично государем императором. Отец был известным врачом, занимался организацией медицины в СССР. Бабушка по матери была француженкой.

В возрасте пяти лет посмотрел «Броненосец «Потёмкин» и «заболел» кинематографом. В 1936 году он встретился с Сергеем Эйзенштейном и исполнил небольшую роль в фильме «Бежин луг», который так и не был завершён. В 16 лет пришёл к нему со своим сценарием. Они много общались, Эйзенштейн убедил Ростоцкого, что только начитанный, высокообразованный человек может стать режиссёром.

В 1940 году Станислав окончил школу и поступил в Институт философии и литературы.

В сентябре 1943 года «сбежал» на фронт. Служил в звании гвардии рядового, в должности фотокорреспондента. Участвовал в боях, пройдя путь от Вязьмы и Смоленска до Ровно, а закончил войну в Праге.

Получил тяжёлое ранение. Он был спасён одним из проходивших мимо солдат, затем фронтовая медсестра Анна Чугунова дотащила его до госпиталя. Именно ей Ростоцкий посвятил свой фильм «А зори здесь тихие».

В 1952 году Ростоцкий получил направление на Киностудию им. М. Горького, где проработал всю жизнь. Был автором и соавтором сценариев собственных фильмов. Дважды его фильмы были номинированы на «Оскар» («А зори здесь тихие», «Белый Бим Чёрное ухо»).

Сам Ростоцкий снял только одну картину «Из жизни Фёдора Кузькина» в 1989 году, после чего покинул кино. В более поздних интервью режиссёр говорил, что ему больше нечего сказать, и что современное состояние кино повергает его в ужас. Последние годы жил уединённо в доме у Финского залива, посвятив себя любимому хобби — рыбалке.

Станислав Иосифович Ростоцкий скоропостижно скончался 10 августа 2001 года за рулём автомобиля, ехал для участия в очередном фестивале в качестве президента. По словам жены, он целый день жаловался на сердце, однако машину повёл сам.