Professeur d’anglais, sa rencontre avec Jacques Doillon, en 1997, le transforme en directeur de casting. Il collabore à une soixantaine de longs métrages avec Jean-Luc Godard, François Ozon, André Téchiné, Claude Chabrol, Coline Serreau, Jeanne Labrune, Valérie Lemercier, Danièle Thompson, Catherine Corsini, Florent Siri, Peter Greenaway, Robert Zemeckis, Terrence Malick, Woody Allen et les franchises Harry Potter et James Bond.

Parallèlement, auteur et scénariste, il écrit des sketches pour Sylvie Joly et coécrit les séries Vénus & Apollon, Hard ou Fais pas ci, fais pas ça.

Avec son frère, le romancier David Foenkinos, il réalise en 2006 le court métrage, Une histoire de pieds, avant La délicatesse en 2011, nommé aux César du meilleur premier film et de la meilleure adaptation et viennent de terminer leur deuxième long, Jalouse. Parallèlement, Stéphane poursuit une carrière en solo au Québec où il  réalise un clip pour le chanteur Pierre Lapointe. Il lui confie le rôle principal de sa Trilogie du canard, série de courts métrages dont l’action se situe entre Paris et Montréal. Un long métrage inspiré de cette trilogie, Geneviève doit se tourner en 2018 au Québec.