Стоян Илиев Стоянов родился 12 марта 1913 г. в селе Галата на одноименном мысе, в нескольких километрах южнее Варны. За пять месяцев до этого его отец, служивший в 8-м морском полку, погиб в бою с турецкими войсками в районе Адрианополя.

Стоянов с детства мечтал об авиации и потому уже в 1934 году поступил в военную академию в Софии, в которой с конца 1934 г. велась подготовка военных летчиков. В 1938 г. он закончил высшую школу летчиков-истребителей и ему было присвоено звание подпоручика.

Как пилот, Стоянов показывал отличные результаты, и потому 12 июля 1938 г. он в числе семи пилотов был направлен в Германию для подготовки в качестве инструктора. Сначала в авиашколе в г. Кауфбейрене, в 77 км юго-западнее Мюнхена, болгарские летчики прошли курс пилотажа, при этом Стоянов смог завершить его на 15 дней раньше других Затем в сентябре 1938 г. они прибыли в истребительную авиашколу "Вернойхен", в 25 км северо-восточнее Берлина. Там Стоянов вместе с другими болгарскими летчиками прошел один за другим сразу три курса - истребителей, инструкторов и командиров истребительных частей. При этом их подготовка велась по тем же самым правилам, что и обучение летчиков-истребителей и инструкторов для Люфтваффе.

8 июля 1939 г. болгарские пилоты покинули Вернойхен и спустя три дня вернулись в Болгарию. Вскоре все они были назначены в истребительную авиашколу на аэродроме Марнополе, в 118 км восточнее Софии. Как инструктор подпоручик Стоянов затем помог двадцати молодым пилотам освоить немецкие истребители Bf-109. В том же 1939 г. Стоянов встретил 18-летнюю девушку по имени Мина, чья семья жила в г. Карлово, в нескольких километрах от аэродрома, и 11 августа 1940 г. женился на ней.

В 1941 г. Стоянов служил в эскадрилье, базировавшейся на аэродроме Асен, расположенном около г. Казанлык, а затем был направлен на аэродром Сарафово, в 10 км северо-восточнее Бургаса. В начале 1942 г. он был переведен в Варну, где затем 6 марта у него родилась старшая дочь Эмилия.

В первой половине 1943 г. поручик Стоянов в качестве командира эскадрильи Bf-109 служил на аэродроме Балчик, в 31 км северо-восточнее Варны. Летом того же года он был назначен командиром 3-й авиагруппы 6-го истребительного полка, которая базировалась тогда на аэродроме Карлово.

Свою первую воздушную победу поручик Стоянов одержал 1 августа 1943 г., сбив B-24D, возвращавшийся после налета на нефтепромыслы Плоешти. Сбитый Стояновым "THE WITCH" из 98BG упал в районе г. Трын, недалеко от границы с Сербией,его экипаж не погиб. В ходе последующей атаки ему удалось повредить еще один бомбардировщик, который, оставляя за собой дымный шлейф, был вынужден выйти из боевого порядка группы.

За свои действия поручик Стоянов был награжден офицерской медалью "За отвагу", которую 7 августа 1943 г. ему вручил лично царь Болгарии Борис III. A 22 сентября рейхсмаршал Геринг наградил Стоянова Железным Крестом 2-го класса.

14 ноября 1943 г. самолеты 12-й воздушной армии США - 91 двухмоторный бомбардировщик В-25 в сопровождении 40 Р-38 - совершили первый налет на Софию. Через десять дней - 24 ноября - во время отражения второго налета на болгарскую столицу, в котором участвовали 60 В-24 из 15-й воздушной армии США, летевшие под прикрытием 35 Р-38, поручику Стоянову удалось повредить еще один "Либерейтор". Затем 10 декабря в ходе боя с "Лайтнингами" он смог добиться попаданий в один из американских истребителей, а 20 декабря, атаковав группу В-24, снова смог повредить один бомбардировщик.

Около полудня 10 января 1944 г. над Софией под мощным истребительным прикрытием появились 180 В-17. Болгарские пилоты атаковали противника над горным массивом Витоша. Стоянов на  высоте 100 - 150 метров дважды атаковал один из Р-38, но тот каждый раз уходил из-под огня. Наконец, ему удалось добиться попаданий, и, задымив, "Лайтнинг" через несколько мгновений врезался в землю.

23 июня болгарские Bf-109G-6 перехватили над Македонией В-17 и В-24 из 15-й воздушной армии США, возвращавшиеся в Италию после налета на нефтеперерабатывающие заводы в Плоешти и порт Джурджу на Дунае, в 60 км южнее Бухареста. Стоянову удалось сбить один "Либерейтор", который взорвался в воздухе западнее Скопье.

24 июня поручик Стоянов вместе с подпоручиком Михаилом Уцуновым и подофицером Кирилом Стояновым сбил В-17, чьи обломки были найдены в районе Самокова, в 42 км южнее Софии.  24 июня поручик Стоянов был награжден второй офицерской медалью "За отвагу".

26 августа 1944 г. в ходе боя с Р-38 он одержал свою последнюю воздушную победу. Стоянов смог зайти одному из американских истребителей в хвост и с дистанции около 50 метров открыл огонь. В результате серии прямых попаданий "Лайтнинг" взорвался в воздухе, и его обломки упали на землю юго-восточнее села Нефела в районе г. Враца. "Мессершмитт" оказался; полностью забрызган маслом взорвавшегося Р-38, и Стоянов затем вспоминал, что его единственной мыслью тогда было: "Сколько мыла израсходуют механики, пока отмоют самолет?"

После этого количество очков (побед) на личном счету Стоянова достигло 15-ти и он стал лучшим болгарским асом:

        за сбитые В-24 и В-17 он получил по 3 очка;

        за три поврежденных В-24 - по 2 очка;

        за два Р-38, сбитых лично, и один В-24, сбитый в группе, - по 1 очку.

10 сентября 1944 г. Болгария перешла на сторону союзников и объявила войну Третьему рейху и его союзникам. 14 сентября Стоянову было присвоено звание капитана, а уже в ноябре за успешные действия против немецких войск в Македонии и Косово он был награжден третьей медалью "За отвагу" и одновременно представлен к званию майора.

Весной 1945 г. Стоянов был назначен начальником истребительной авиашколы, располагавшейся на аэродроме около г. Долна-Митрополия, в 10 км северо-западнее Плевена. В марте болгарская авиация получила 120 советских истребителей Як-9М, и Стоянов помогал молодым пилотам освоить их. В 1945 - 46 гг. майор Стоянов снова командовал 3-й авиагруппой 6-го истребительного полка, которая в тот период базировалась на аэродроме Сливен.

Будучи лучшим болгарским летчиком-истребителем Второй мировой войны, Стоянов продолжал еще некоторое время служить в авиации, хотя власти коммунистической Болгарии и не доверяли ему. Да и как, по их мнению, можно было доверять бывшему царскому офицеру, к тому же награжденному немецким Железным Крестом. В 1956 г. после венгерского восстания, которое сильно напугало коммунистическое правительство Болгарии, Стоянов был уволен из авиации без права на пенсию.

В 1991 г. Стоянов переехал в Софию, где все то время, пока он жил в Риле, находилась его семья - жена и двое детей. 20 января 1992 г. указом президента Болгарии за героизм, проявленный при защите страны в годы Второй мировой войны, Стоянову было присвоено звание генерал-майора авиации и назначена соответствующая пенсия.

В 1996 г. Стоянов вместе с женой Миной переехал на ее родину в г. Карлово. К этому моменту он уже тяжело болел и практически потерял память. 13 марта 1997 г., на следующий день после своего 84-го дня рождения, Стоян Стоянов скончался.

Он был похоронен на кладбище Карлово, над которым во время траурной церемонии в парадном строю прошла эскадрилья реактивных истребителей, отдавая последние почести одному ю лучших пилотов болгарской авиации.

Спустя год перед домом на мысе Галата, где Стоянов родился, был установлен памятный мемориальный знак.