Его отцом был видный советский государственный деятель Анастас Микоян, а дядей — авиаконструктор Артём Микоян.
В 1941 году Степан Микоян окончил Качинскую военную авиационную школу лётчиков и ушёл на фронт.
После войны и окончания Военно-воздушной инженерной академии им. Жуковского он перешёл на летно-испытательную работу.
В течение 23 лет Микоян испытывал боевые самолеты марки «МиГ», а в 1975 году был удостоен звания Героя Советского Союза за проведение государственных испытаний истребителя-перехватчика МиГ-25.