Stanton nasceu em West Irvine, Kentucky, filho de Ersel (Moberly), um cozinheiro, e Sheridan Harry Stanton, um barbeiro e produtor de tabaco. Ele morava em Lexington, Kentucky e se formou na Lafayette Senior High School com a turma de 1944. Convocado para a Marinha, serviu como cozinheiro na Marinha dos Estados Unidos durante a Segunda Guerra Mundial e estava a bordo de um LST durante a Batalha de Okinawa. Ele então voltou para a Universidade de Kentucky para aparecer em uma produção de "Pygmalion", antes de ir para a Califórnia e aprimorar seu ofício no prestigiado Pasadena Playhouse. Stanton então viajou pelos Estados Unidos com um coro masculino, trabalhou em teatro infantil e depois voltou para a Califórnia.
Seu primeiro papel na tela foi no filme morno Tomahawk Trail (1957), mas ele foi rapidamente notado e apareceu regularmente em papéis menores como cowboys e soldados no final dos anos 1950 e início dos anos 1960. Sua estrela continuou a subir e ele recebeu melhores papéis em que pudesse mostrar seu estilo descontraído, como em Cool Hand Luke (1967), Kelly's Heroes (1970), Dillinger (1973), The Godfather Part II (1974), e em Alien (1979). Foi nessa época que Stanton chamou a atenção do diretor Wim Wenders, que o escalou para seu melhor papel como Travis no comovente Paris, Texas (1984). O próximo diretor independente, Alex Cox, deu a Stanton um papel que o trouxe à tona, no peculiar filme cult Repo Man (1984).
Stanton era agora muito procurado, e seu visual único o levou a ser escalado como tudo, desde um pai suburbano no mainstream Pretty in Pink (1986) até um investigador particular de coração mole, mas malfadado, em Wild at Heart (1990) e um cientista maluco, mas astuto, em Escape from New York (1981). Além de suas apresentações em filmes, ele também era um músico talentoso, e "The Harry Dean Stanton Band" e seu toque único na música mariachi tocaram juntos por mais de uma década. Eles viajaram internacionalmente. Ele se tornou uma figura cult do cinema e da música e quando Debbie Harry cantou a letra "Eu quero dançar com Harry Dean ..." em seu hit dos anos 1990 "I Want That Man", ela estava falando sobre ele. Stanton permaneceu consistentemente ativo na tela, aparecendo por último em filmes como Fear and Loathing in Las Vegas (1998), The Green Mile (1999) e The Man Who Cried (2000).
