Родился 12 июля 1922 года в Тифлисе (Тбилиси). Отец - Микоян Анастас Иванович (1895-1978), видный советский государственный и партийный деятель. Мать - Туманян Ашхен Лазаревна (1896-1962). Супруга - Микоян (Лозовская) Элеонора Петровна (1922 г. рожд.), журналист, филолог. Сын - Микоян Владимир Степанович (1946 г. рожд.), биофизик. Дочь - Микоян Ашхен Степановна (1949 г. рожд.), филолог. Сын - Микоян Александр Степанович (1952 г. рожд.), музыкант, автогонщик. Внуки: Александр (1972 г. рожд.), математик; Юлия (1972 г. рожд.), историк; Дмитрий (1976 г. рожд.), экономист; Кирилл (1995 г. рожд.); Антон (1996 г. рожд.). Правнучка - Александра (1994 г. рожд.).

Увлечение небом объединяло сотни тысяч подростков в 1930-х годах. Не был исключением и старший сын А. И. Микояна - Степан. Этому способствовал и его родной дядя - Артем Иванович Микоян, в ту пору начинающий авиаконструктор.

Вместе со своим другом Тимуром Фрунзе в августе 1940 года Степан поступил в Качинскую военную авиационную школу пилотов в Крыму. Приказ об окончании училища был подписан 3 сентября 1941 года в городе Красный Кут Саратовской области. В 8-м запасном авиаполку в поселке Багай-Барановка севернее Саратова Степан Микоян переучился на Як-1 и получил назначение в 11й истребительный полк, прикрывавший Москву.

16 января 1942 года в районе Истры Степана по ошибке сбил младший лейтенант Михаил Родионов из 562го полка. Хотели было отдать Родионова под трибунал, а "степень вины лейтенанта Микояна определить после его излечения". Однако обошлось без судов и "определений". Михаил Родионов погиб в бою 3 июня 1942 года в небе над Калугой и был посмертно удостоен звания Героя Советского Союза. На лечение Степана ушло полгода.

В начале августа в подмосковные Люберцы прибыл на переформирование, третье по счету, 434й истребительный авиационный полк 8й воздушной армии - вернее, то, что осталось от полка после боев под Сталинградом. Полком командовал 24-летний Герой Советского Союза И. Клещев, а "курировал" - Василий Сталин. И Степана, и его брата Владимира сын вождя хорошо знал. Сначала в полк зачислили Владимира, а чуть позднее - и Степана. Ветераны полка вспоминали, что скромные, дисциплинированные и старательные братья быстро стали равноправными членами полковой семьи.

3 сентября года укомплектованный личным составом 434й авиаполк вылетел на транспортных самолетах в Багай-Барановку. Здесь летчики начали осваивать полученные с Саратовского авиазавода истребители Як-7Б и 9 сентября перелетели на полевой аэродром у совхоза "Сталинградский" (в 60 км севернее города). Полк Клещева ввели в состав 16й воздушной армии.

Первый боевой вылет 16 сентября возглавил сам Иван Клещев. Новички полка впервые увидели с воздуха Сталинград. "Внизу видны были многочисленные огни, вспышки, - вспоминает Степан Анастасович. - На земле шли ожесточенные бои. Сталинград весь был в огне, черные дымы поднимались километра на три. Сквозь них проблескивали ленты Волги и Дона. В небе - десятки, сотни самолетов, больше - немецких. Эту картину я не забуду никогда".

Командир полка исповедовал принцип постепенного ввода новичков в боевой строй. Даже имеющий некоторый опыт боев в московском небе Степан Микоян поначалу летал у него ведомым. Это помогало молодежи быстрее получить боевые навыки.

Дни второй половины сентября оказались самыми тяжелыми. За неполные 3 недели в 50 воздушных боях полк сбил 83 фашистских самолета. Наши потери: 16 летчиков и 25 "яков". 18 сентября был сбит Владимир Микоян, погибли многие отважные летчики, был тяжело ранен комполка Клещев. Нагрузки были колоссальными. С утра до вечера небо буквально дрожало от гула авиационных моторов, от пушечных выстрелов и пулеметных очередей, от разрывов снарядов.

3 октября 434й истребительный авиаполк вновь вывели в тыл на отдых и пополнение. Вскоре он стал называться 32-м гвардейским, нескольких офицеров удостоили звания Героя Советского Союза, все его летчики получили награды. Орденами Красного Знамени наградили Степана и Владимира (посмертно) Микоянов.

В 1964 году генерал-лейтенант авиации С. А. Микоян получил почетное звание Заслуженного летчика-испытателя СССР, в 1975 году стал Героем Советского Союза. Всего за свою карьеру летчика он освоил 102 типа летательных аппаратов, имеет налет 3500 часов.

В 2002 году изданы его "Воспоминания военного летчика-испытателя".

Герой Советского Союза С. А. Микоян награжден орденами Ленина, Красного Знамени, Отечественной войны I степени, четырьмя орденами Красной Звезды, многими медалями.

Живет в Москве.