와일럼 탄광의 양수 엔진에서 일하던 기관사 로버트 스티븐슨과 메이블 카의 아들로 태어났다. 뉴캐슬 인근 탄전 지대에서 자라며 갱도의 일상과 초기 증기 기계의 움직임을 가까이에서 익혔고, 이는 훗날 그의 진로를 결정지었다.

어린 시절 소를 몰고 석탄을 주워 모으는 일을 하다가, 더 꾸준히 갱도 노동에 들어갔다. 타인 강 일대 석탄 산업의 고정식 엔진을 운전·정비하며 신뢰성, 연료 효율, 그리고 현장식 문제 해결을 체득했다.

프랜시스 헨더슨과 결혼하고, 석탄 산업의 호황과 불황 속에서 더 안정적인 임금을 찾고자 했다. 곧 아들 로버트가 태어나면서 가장으로서의 책임이 커졌고, 공학을 제대로 익히려는 그의 의지도 한층 강해졌다.

로버트 스티븐슨이 태어났고, 훗날 그 자신도 저명한 공학자가 된다. 조지는 아들을 교육시키는 일을 자신의 목표로 삼으며, 숙련된 공학이 가족을 가난에서 벗어나게 할 길이라고 상상했다.

뉴캐슬어폰타인 주변 산업의 중심지에 더 가까운 윌링턴 키에서 일을 맡았다. 복잡한 양수·권양 설비를 다루며 고압 증기와 강도 높은 정비 체계에 대한 경험을 더욱 깊게 쌓았다.

프랜시스 스티븐슨이 세상을 떠나 조지는 어린 아이를 둔 젊은 홀아비가 되었다. 긴 근무와 육아를 함께 감당해야 했고, 기술을 통해 더 나은 미래를 만들겠다는 결심이 한층 단단해졌다.

킬링워스 탄광에서 다른 이들이 해결하지 못하던 뉴커먼식 양수 엔진의 문제를 성공적으로 고쳤다. 광산 경영진은 그의 실용적 재능을 인정했고, 더 넓은 권한을 가진 기관 정비 책임자로 승진시켰다.

킬링워스의 궤도에서 석탄 화차를 끌기 위해 기관차 블뤼허를 만들었다. 톱니 레일이 아닌 바퀴와 레일의 마찰력을 활용해, 비교적 매끈한 레일 위에서도 증기가 무거운 짐을 효율적으로 끌 수 있음을 보여 주었다.

탄광 철로에서 탈선을 줄이기 위해 연결 장치와 바퀴 배치를 개선했다. 같은 시기 공기 흐름을 제어하는 안전등을 설계해, 발명 우선권을 두고 험프리 데이비 경과 공개 논쟁에 들어가기도 했다.

존 램턴의 영지에서 헤턴 탄광 철도를 계획하며, 중력 경사로·고정식 엔진·기관차를 함께 결합했다. 이 사업은 측량, 재무, 운영을 하나의 체계로 통합하는 능력을 시험하는 무대가 되었다.

퀘이커 사업가 에드워드 피스는 말이 끄는 운송 대안을 증기 철도로 바꾸기 위해 그를 고용했다. 스티븐슨의 측량과 설득은 사업을 기관차 중심으로 전환시켰고, 공공 철도의 전형을 마련했다.

에드워드 피스 등으로부터 자금을 지원받아, 아들 로버트가 함께 참여하는 기관차 제작 공장을 세웠다. 이 회사는 기관차 제작을 주문 제작의 수공업에서 반복 가능한 산업 생산으로 끌어올리는 데 기여했다.

9월 27일, 로코모션 1호가 개통 첫 운행에서 승객과 석탄을 견인했다. 이 사건은 전국적 주목을 받았고, 증기 철도가 고립된 탄광을 넘어 운영될 수 있음을 투자자와 대중에게 보여 주었다.

리버풀·맨체스터 철도를 위해 그와 로버트는 다관식 보일러와 효과적인 배기관을 갖춘 로켓을 출전시켰다. 성능은 헨리 부스 같은 이사들을 설득해, 고정식 케이블 방식보다 기관차가 미래임을 확신하게 했다.

이 노선은 리버풀 항과 맨체스터의 방직 공장을 잇는 대표적 도시 간 철도로 개통되었다. 의원 윌리엄 허스키슨의 사망 사고가 있었지만, 철도의 속도와 수익성은 이 모델이 현실적으로 성립함을 증명했다.

철도 열풍이 거세지자 그는 새로운 노선들을 자문하며, 자신이 참여한 주요 사업에서 쓰인 일관된 궤간을 널리 권했다. 훗날 표준 궤간이라 불린 이 관행은 상호 운용성을 높이고 영국 전역 네트워크의 비용을 낮추는 데 도움이 되었다.

공학 업무와 철도 주식으로 부를 쌓은 뒤 탭턴 하우스로 은퇴해 토지를 관리하며 보다 조용한 관심사를 추구했다. 은퇴 후에도 빅토리아 시대 경제를 바꾸는 철도에 대한 그의 판단을 듣기 위해 많은 이들이 찾아왔다.

탭턴 하우스에서 세상을 떠났으며, 초기 증기 철도의 대표적 실무 공학자로 널리 인정받았다. 로버트와 에드워드 피스 같은 동료들과 함께 남긴 업적은 기관차 설계·제작·철도 운영의 지속적인 기준으로 이어졌다.