Stephan Frei studierte in Saarbrücken und Berlin Elektrotechnik mit dem Schwerpunkt Theoretische Elektrotechnik. Im Jahr 1995 erhielt er von der Technischen Universität Berlin sein Diplom. Dort promovierte er auch 1999.

In der Zeit von 1995 bis 1999 war er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für elektrische Energietechnik der TU Berlin beschäftigt. Dort arbeitete er unter anderem an Simulationsverfahren für die Elektromagnetische Verträglichkeit und von elektrostatischen Entladungen. Im Jahr 1999 wechselte er zu der Audi AG nach Ingolstadt. In der Abteilung Elektronik-Gesamtfahrzeug war er im Bereich der EMV-und Antennenentwicklung tätig und für verschiedene Vorentwicklungs- und Simulationsthemen als Projektleiter verantwortlich. Seit 2006 ist Herr Frei Professor an der Technischen Universität Dortmund und leitet das Arbeitsgebiet Bordsysteme, wo er sich zusammen mit seiner Gruppe mit aktuellen Fragestellungen zur Simulation von elektrischen Fahrzeugkomponenten beschäftigt. Das Kfz-Bordnetz nimmt dabei eine besondere Rolle ein und wird in seiner Eigenschaft als Übertragungsmedium für Energie und Daten betrachtet. Neue Verfahren zur feld- und netzwerkbasierten Simulation sowie der Parameterbestimmung werden in diesem Bereich entwickelt. Dabei bilden thermische Probleme, die Signalintegrität und EMV/ESD-Fragestellungen einen wichtigen Schwerpunkt. Von 2008 bis 2009 war Herr Frei Distinguished Lecturer für die IEEE EMC Society. Er ist Autor bzw. Co-Autor von mehr als 150 wissenschaftlichen Veröffentlichungen und aktiv in diversen nationalen und internationalen Normungsgruppen. Seit 2014 ist Herr Frei Dekan der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik an der TU Dortmund.