Stephan Mai wurde 1953 in Leipzig geboren. Seine Violinausbildung begann 1962 und führte über den Besuch der Kinderklasse bis zum Studium an der Hochschule für Musik in Leipzig.
Nach dem Examen 1976 wurde er Mitglied des Rundfunk-Sinfonie Orchesters Berlin sowie des Kammerorchesters Berlin. Darüber hinaus engagierte er sich für den Aufbau eines Ensembles, das sich mit zunächst modernem Instrumentarium der historischen Aufführungspraxis widmete.
Daraus ging 1982 die Gründung der Akademie für Alte Musik Berlin hervor, der Stephan Mai seitdem als einer der Konzertmeister angehört. Mit dem Orchester gastierte Stephan Mai bereits 1986 bei den vom Westdeutschen Rundfunk veranstalteten Tagen für Alte Musik in Herne. Seither wirkt er an zahlreichen Schallplattenproduktionen und Rundfunkaufnahmen des Ensembles mit; Tourneen und Festivalauftritte führen über die Grenzen Europas hinaus in den Nahen Osten sowie nach Japan.
Lehraufträge an der Hochschule für Musik in Leipzig und der Hochschule für Musik Hanns Eisler in Berlin begleiteten seit 1991 seine künstlerische, auch solistische Tätigkeit. Seit 2015 hat Stephan Mai eine Honorarprofessor für Historische Spielpraxis an der Hochschule für Musik Franz Liszt Weimar.
Seine Erfahrungen mit der so genannten historischen Aufführungspraxis gibt er inzwischen vermehrt an kammermusikalische Ensembles weiter, die – zuweilen auch auf modernen Instrumenten – die Musik des 18. bis beginnenden 19. Jahrhundert pflegen.