Stein Márk Aurél 1862. november 26-án látta meg a napvilágot művelt és gazdag, asszimilálódó pesti zsidó családban. Őt már evangélikus vallásúnak keresztelték, keresztneveit a filozófus római császár tiszteletére kapta. A piaristákhoz járt középiskolába, majd Bécsben, Lipcsében és Tübingenben szanszkrit nyelvet és összehasonlító nyelvészetet tanult, később Londonban és Oxfordban képezte tovább magát. A britek felismerték tehetségét és bőkezű támogatást ajánlottak neki, amit el is fogadott, mert hazai lehetőségei jóval korlátozottabbak lettek volna.
1888-tól az indiai (ma pakisztáni) Lahor egyetemén oktatott, később a mohamedán Oriental College igazgatója, Beludzsisztán régészeti felügyelője lett. A következő időszakban Kasmír emlékeit és földrajzát tanulmányozta, első fontosabb munkája 1894-ben egy régi indiai krónika kiadása volt, ezután közreadta a kasmíri maharadzsa hatezer kötetes könyvtárának katalógusát, kivonatolva és magyarázva a szanszkrit nyelvű kéziratokat.
1900-tól három nagy expedíciót vezetett Közép-Ázsiába, a Kínát Európával összekötő hajdani Selyemút területére. Első útján a Takla-Makán sivatagban több romvárost kutatott át, ahol a homok épen megőrizte az ősi kultúrák számos emlékét. 1906 és 1908 között 1500 kilométerrel távolabb hatolt, ekkor fedezte fel a nyugati tudomány számára ismeretlen Ezer Buddha-barlangtemplomokat Tunhuang mellett. Itt rábukkant háromezer kínai tekercsre, hatezer kínai kéziratra és több száz selyemfestményre, valamint a világ legrégebbi, Kr. u. 868-ból származó, táblanyomtatással készített könyvére is. A 24 ládányi kincs nagy része ma a londoni British Museumban, illetve Delhiben látható. A Lop-Nor tó vidékén kétezer éves falra, afféle kínai limesre bukkant, amelyet a hunok betörései ellen építettek. Összesen 30 ezer kilométernyi utat tett meg, visszafelé Tibet hegyei között valamennyi lábujja lefagyott.
Harmadjára 1913-tól három év alatt 18 ezer kilométert járt be, Turkesztántól a Góbi-sivatagig és a Kuen-Lun hegységig. Felfedezte Tunhuang művészeti emlékeit és a bezikliki barlangokat, expedícióinak eredményeit könyvekben és tudományos publikációkban dolgozta fel. 1926-ban azonosította az Indus mellett a Nagy Sándor által ostromolt, bevehetetlennek tartott Aornosz erődjét, kapcsolatot keresett Mezopotámia és India civilizációja között, kutatott Iránban és Beludzsisztánban is, Irakban légi felvételeken próbálta azonosítani a római határt. Az ezt követő évek már nem voltak alkalmasak újabb kutatóutak szervezésére, 1930-as negyedik útján már szinte nem is volt alkalma a tudományos munkára.
A tudós és felfedező 1904-től volt brit állampolgár, 1912-ben lovaggá ütötték, ettől kezdve kijárt neki a Sir Aurel Stein megszólítás. Számos tudományos akadémia tagja és egyetem díszdoktora, a Magyar Tudományos Akadémiának külső tagja volt. Szülőhazájával élete végéig tartotta a kapcsolatot, haza-hazalátogatott, előadásokat tartott. A tudós a klasszikus nyelveken kívül beszélte a legfontosabb európai nyelveket, és ismert tucatnyi élő és holt ázsiai nyelvet, így a törököt, az arabot, a perzsát és a szanszkritot, embereivel pandzsábi, kasmíri és pastu nyelven társalgott; kínaiul saját szavai szerint nem tudott, mert csak ezer jelet ismert.
Nyolcvanegy évesen kapott engedélyt újabb expedícióra, ennek szervezése közben hunyt el Kabulban 1943. október 26-án. Hatalmas könyvtárát a Magyar Tudományos Akadémiára hagyta, munkásságának folytatására alapítványt létesített, amelyet a brit Royal Society keretében működő kuratórium gondoz.
