Buvo žinomas ir senąja giminės pavarde Tumasonis, JAV gyveno kaip Juozas Kaminskas. Gimimo data pagal naująjį kalendorių – 1879 m. sausio 2 d.

Tėvai: Vincentas Tumasonis-Kairys (1834–1902) iš Labeikių (Utenos r.) ir Uršulė Puzinaitė-Kairienė (1849–1910) iš Užunvėžių – žemdirbiai stambūs ūkininkai, turėjo 60 ha žemės. Augo penkių vaikų šeimoje, buvo ketvirtasis. Broliai ir seserys: Antanas Tumasonis-Kairys (apie 1870 – 1939) – žemdirbys ūkininkas, Antanina Tumasonytė-Kairytė-Petniūnienė (1872–?), Jonas Tumasonis-Kairys (1874–1946) – žemdirbys ūkininkas, Trumbatiškio palivarko savininkas, nuo 1945 m. tremtinys Permės srityje (Rusija), miręs tremtyje, ir Benedikta Kairytė-Aleknienė (1884–1942) – dvarininkė, Želtiškių dvaro savininkė, nuo 1941 m. tremtinė, mirusi tremtyje. Pusbrolis (motinos brolio Motiejaus sūnus) Jonas Puzinas (1905–1978) – mokslininkas archeologas.

1878 m. gruodžio 27 d. Kurklių bažnyčioje jį pakrikštijo šios parapijos klebonas Evaristas Narbutas, krikštatėviai buvo Feliksas Adomėnas (Adamonis) ir Marijona Puzinaitė.

Vaikystėje mokėsi skaityti namuose, buvo slapčia daraktoriaus mokomas, 1886–1887 m. dvi žiemas mokėsi Kurklių (Anykščių r.) valsčiaus rusiškoje dviklasėje pradžios mokykloje, bet jos nebaigė. Gimnazisto Martyno Jankausko 1889 m. vasarą paruoštas, 1889–1894 m. mokėsi Palangos progimnazijoje, baigė ją su pagyrimu. 1894–1898 m. mokėsi Šiaulių gimnazijoje, 1894–1896 m. gyveno Julijono Šalkauskio šeimoje, buvo jo sūnų Stasio ir Kazio repetitorius.

1897 m. S. Kairys buvo vienas iš moksleivių kuopelės, kurioje lietuvių kalbos mokėsi apie 20 gimnazijos mokinių, steigėjas, tvarkė slaptą gimnazistų bibliotekėlę, skatino skaityti lietuviškus raštus. Viešėdamas tėviškėje ir Anykščiuose susipažinęs su bendraamžiu Jonu Biliūnu, susižavėjo jo platinamomis socialdemokratinėmis idėjomis ir įsitraukė į lietuvių socialdemokratų veiklą. Tais pačiais metais už dalyvavimą moksleivių maište prieš priverstinį stačiatikių pamaldų lankymą, politinę veiklą ir atsišaukimų rašymą S. Kairys buvo pašalintas iš Šiaulių gimnazijos, bet, Vilniaus mokslo kuratoriui nepatvirtinus to pedagogų tarybos nutarimo, po metų priimtas atgal ir 1898 m. ją baigė.

1898 m. įstojo į Sankt Peterburgo (Rusija) technologijos institutą, bet 1899 m., kaip vienas iš studentiškos demonstracijos organizatorių, buvo pašalintas. 1899 m. vėl į jį buvo priimtas, bet 1901 m. vėl pašalintas. Iš naujo išlaikęs egzaminus ir įstojęs, su pertraukomis studijavo toliau iki 1908 m. Studijuodamas S. Kairys dalyvavo Lietuvių studentų savitarpio pašalpos draugijos veikloje, daugiausia platindamas ir remdamas lietuvišką spaudą.

Nuo 1900 m. S. Kairys buvo Lietuvos socialdemokratų partijos (LSDP) narys Vilniuje, vasaros atostogų metu dirbdavo konspiracinį darbą Vilniuje. 1901 m. jis buvo išrinktas LSDP Centro komiteto nariu ir liko juo iki 1944 m.

1901 m. jis parengė medžiagą "Darbininkų balso" pirmajam numeriui. 1903–1907 m. parašė daugumą LSDP atsišaukimų, pats juos platino. 1904 m. su A. Domaševičiumi parašė LSDP Centro komiteto manifestą, kuriame išdėstė LSDP siekį kurti nepriklausomą demokratinę Lietuvos valstybę.

1904–1907 m., palikęs mokslą, jis nuolat dirbo LSDP. 1904–1908 m. jis parašė ir keletą prozos kūrinių. Savo kūrybą ir publikacijas S. Kairys pasirašinėjo slapyvardžiais Viktor, Marjan, Dagilis, Dėdė, Kugis-Mugis, Raulas Kemeklis ir kitais.

1905 m. LSDP VI suvažiavime S. Kairio iniciatyva partija buvo pavadinta Lietuvos socialdemokratų partija.

Jis buvo 1905 m. gruodžio 4–5 dienomis Vilniuje vykusio Lietuvių suvažiavimo sekretorius, išrinktas Didžiojo Vilniaus Seimo vicepirmininku.

1907 m. S. Kairys dalyvavo II Valstybės Dūmos rinkimuose, 1907 m. buvo paskirtas LSDP frakcijos sekretoriumi, tvarkė visą frakcijos korespondenciją, rašė kalbas. Dirbo juo iki Dūmos paleidimo 1907 m. birželio 17 d. 1907 m. dalyvavo Rusijos socialdemokratų darbininkų partijos III suvažiavime Londone (Didžioji Britanija), 1907 m. rugpjūčio mėn. – LSDP suvažiavime Krokuvoje (Lenkija).

Grįžęs tęsti studijų 1908 m. S. Kairys su pagyrimu baigė Sankt Peterburgo (Rusija) technologijos institutą ir įgijo inžinieriaus išsilavinimą.

1908–1912 m. jis dirbo inžinieriumi Rusijoje: iš pradžių Samaroje, su Petru Vileišiu statė tiltus Volgos–Bugulmos geležinkelyje, vėliau – Melekese, po to – Kursko gubernijoje.

Grįžęs į Lietuvą, 1912–1916 m. S. Kairys Vilniuje dirbo savivaldybės vandentiekio ir kanalizacijos skyriuje, 1914–1916 m. buvo šio skyriaus vyriausiasis inžinierius. Jis parengė projektą ir vadovavo vandentiekio ir kanalizacijos tiesimo darbams, pirmasis pradėjo kanalo statybą Didžiojoje gatvėje.

1915 m. S. Kairys kartu su Antanu Smetona, Jurgiu Šauliu, Jonu Basanavičiumi, Petru Klimu ir J. Stankevičiumi įkūrė Lietuvos reikalų gynimo grupę. 1916 m. dėl konfliktų su vokiečių pareigūnais iš darbo savivaldybėje jis pasitraukė ir atsidėjo vien partiniam darbui.

1916 m. birželio 10 d. pasirašė du memorandumus generolui Liudendorfui apie lietuvių tautinės minties plėtojimą ir apie lietuvių siekius. 1916 m. birželio 30 d. – liepos 4 d. dalyvavo Rusijos pavergtųjų tautų kongrese Lozanoje, kur buvo nutarta siekti Lietuvos nepriklausomybės. Jis buvo Vilniaus konferencijos 1917 m. rugpjūčio 18–22 d. organizatorius, joje išrinktas Lietuvos Tarybos vicepirmininku.

1917 m. spalio 2–10 d. su kitais Lietuvos Tarybos nariais S. Kairys dalyvavo lietuvių konferencijoje Berne. Grįždamas iš Šveicarijos, Berlyne lankėsi Reichstage, o 1917 m. gruodžio 1 d. su Vokietijos užsienio reikalų ministru pasirašė protokolą dėl Lietuvos nepriklausomybės atkūrimo sąlygų.

Kai Lietuvos Taryboje iškilo vokiečių brukamų konvencijų klausimas, S. Kairys kartu su Mykolu Biržiška, Stanislovu Narutavičium ir Jonu Vileišiu, gindami Lietuvos nepriklausomybės siekį, pasitraukė iš Tarybos.

Tarybai atsisakius 1917 m. gruodžio 11 d. vokiečiams duotų pažadų, visi grįžo į Tarybą. Kartu su kitais Tarybos nariais S. Kairys pasirašė 1918 m. Vasario 16-osios Lietuvos Nepriklausomybės aktą, yra laikomas šio Akto teksto autoriumi – jo parengtas projektas priimtas su redakciniais pataisymais.

Kai Lietuvos Taryba 1918 m. liepos 11 d. nutarė Urachą kviesti Lietuvos karaliumi, S. Kairys iš jos visiškai pasitraukė.

1917–1919 m. jis buvo savaitraščio "Darbas balsas" leidėjas ir redaktorius, 1919–1928 m. – "Socialdemokrato" redaktorius. 1918 m. gruodžio viduryje jis steigė Utenos apskrities savivaldybę, buvo išrinktas šios apskrities tarybos pirmininku, bet po savaitės Uteną užėmus rusų kariuomenei – Pskovo šaulių divizijai, pasitraukė į Kauną.

1919 m. balandžio–spalio mėnesiais Mykolo Šleževičiaus vyriausybėje S. Kairys buvo tiekimo ir maitinimo ministras.

1919 m. birželį jis buvo vienas iš Lietuvos skautų paspirties draugijos steigėjų, pasirašydamas įstatus ir pasilikdamas sau laisvę dėl devizo.

1920–1927 m. jis buvo Steigiamojo Seimo ir visų trijų Lietuvos Respublikos Seimų narys, 1926 m. gegužės–gruodžio mėnesiais – ir III Lietuvos Respublikos Seimo vicepirmininkas, kol šis Seimas 1927 m. balandžio 12 d. buvo paleistas. Į Seimą buvo renkamas kaip Lietuvos socialdemokratų partijos atstovas, Seimuose pasižymėjo kaip principingas demokratijos gynėjas.

1926 m. gruodžio 17 d. valstybės perversmo metu S. Kairys buvo suimtas, laikytas Generaliniame štabe, kur, balsuojant dėl M. Sleževičiaus vyriausybės atstatydinimo, vienintelis balsavo prieš.

Nuo 1922 m. jis buvo Socialistinio darbininkų internacionalo Vykdomojo komiteto narys. 1923 m. gegužės 21–25 d. jis dalyvavo socialistinių partijų kongrese Hamburge, kur atsikūrė Darbininkų Internacionalas. LSDP tapo šios organizacijos nare. 1930 m. dalyvavo Socialistinio internacionalo kongrese Vienoje. 1931 m. su A. Žvironu parengė naują LSDP programą, kurią priėmė XIII suvažiavimas.

1929 m. už straipsnius, išspausdintus "Socialdemokrate" jo redaktorius S. Kairys buvo nubaustas dviem savaitėm kalėjimo. Vasario 16-ąją Nepriklausomybės akto autorius ir signataras sutiko Kauno sunkiųjų darbų kalėjime.

1923–1938 m. S. Kairys buvo Kauno miesto savivaldybės kanalizacijos ir vandentiekio skyriaus vedėjas, pusmetį dirbo ir Davydo Grovės firmoje Berlyne. Jis parengė Kauno vandentiekio ir kanalizacijos projektą bei finansinį planą, kaip išvengti užsienio paskolų ir koncesijų, nuostolingų gyventojams. Buvo parengęs projektus ir Šančiams bei Žaliakalniui. Be to, paruošė vandentiekio ir kanalizacijos projektą Šiauliams, buvo ekspertas, rengiant projektus Marijampolei, Vilkaviškiui, Panevėžiui.

1923–1943 m. jis buvo Kauno Vytauto Didžiojo universiteto dėstytojas, nuo 1930 m. – Taikomosios mechanikos katedros privatdocentas, nuo 1939 m. – ordinarinis profesorius, 1941–1943 m. – šio universiteto Technikos fakulteto dekanas.

1940 m. už sanitarinių įrenginių statybą S. Kairiui buvo suteiktas Kauno Vytauto Didžiojo universiteto garbės daktaro vardas.

Lietuvoje nuo 1920 m. atnaujinus masonų organizacijos veiklą, S. Kairys nuo 1920 m. buvo masonų ložės "Lietuva" narys.

Nepriklausomoje Lietuvoje jis rėmė gimtųjų Užunvėžių žmonių norą šviestis, 1939 m. asmeniškai skyrė 8 tūkst. litų Užunvėžių mokyklos naujam pastatui statyti.

1943–1945 m. jis buvo Visos Lietuvos išlaisvinimo komiteto pirmininkas. 1943 m. vokiečių okupacinės valdžios tris dienas buvo kalintas su kitais Kauno Vytauto Didžiojo universiteto Senato nariais už draudimą studentus imti į Reicho darbo tarnybą.

1942 m. S. Kairys su žmona priglaudė žydų mergaitę iš Vilniaus geto vienuolikmetę Anusę Keilsonaitę. Mergaitė buvo slapta išgabenta iš geto 1942 m. sausį ir pas Kairius gyveno apie metus. Negalėjusi lankyti mokyklos mergaitė buvo mokoma namuose. Vėliau jai buvo surasta šeima, padėjusi nuslėpti žydiškąją kilmę.

Traukdamasis į Vakarus su mirusio ūkininko Juozo Kaminsko asmens dokumentais, S. Kairys buvo suimtas ir 1944–1945 m. kalintas Liepojoje (Latvija). Nuo 1945 m. jis gyveno Vokietijoje, kur kartu su kitų Baltijos šalių socialdemokratais parengė pirmąjį memorandumą Vakarų vyriausybėms. 1945 m. Vokietijoje įkūrė LSDP Užsienio delegatūrą.

1949 m. Paryžiuje įsikūrus Vidurio ir Rytų Europos socialdemokratų unijai, jis buvo išrinktas jos vicepirmininku. 1951 m. liepą dalyvavo Socialistų Internacionalo steigiamajame kongrese Frankfurte prie Maino (Vokietija).

Nuo 1951 m. spalio iki gyvenimo pabaigos S. Kairys gyveno JAV kaip Juozas Kaminskas.

1954 m. vasario mėnesį Europos socialistų konferencijoje Briuselyje (Belgija) LSDP atstovas J. Vilčinskas perskaitė S. Kairio laišką, kuriame buvo išdėstyti LSDP pageidavimai nepripažinti Lietuvos inkorporavimo į Sovietų Sąjungą, laikyti tai smurto aktu.

1955 m. JAV jis organizavo Lietuvos, Latvijos ir Estijos socialdemokratų konferenciją. Gyvendamas JAV, S. Kairys vylėsi ir viešai reiškė savo nuomonę, kad Lietuvoje pabus opozicinė mintis, todėl nereiktų vengti kontaktų su Lietuvos žmonėmis.

Pakvietus JAV atkurtai inžinierių korporacijai "Plienas", S. Kairys tapo "Plieno" Vyru Globėju.

1952 m. rudenį susirgęs ir sveikatai vis blogėjant, 1957 m. kovą S. Kairys pasitraukė iš politinės ir visuomeninės veiklos, iš Visos Lietuvos išlaisvinimo komiteto. 1960 m. jis apsigyveno Smittaune (Smithtown, Niujorko valstija), kur liko iki gyvenimo pabaigos, globojamas sūnėno Juozo Petniūno.

Išleistos Stepono Kairio knygos ir brošiūros:

1902 m. – "Ką reikia žinoti ir atminti kiekvienam darbininkui"  (2-as pataisytas leidimas – 1905 m.).

1904 m. – "Seniems kanauninkams ir pralotams, klebonams ir jauniems kamendoriams" (informacinis leidinys Kugio-Mugio slapyvardžiu).

1905 m. – "Garo katilų ir mašinų priežiūra, mašinistams ir pečiakuriams vadovėlis".

1906 m. – "Japonija seniau ir dabar", "Kaip japonai gyvena dabar", "Japonų konstitucija" ("Šviesos" serijos informaciniai leidiniai, išleisti Dėdės slapyvardžiu).

1908 m. – "Kodėl išnyko baudžiava Lietuvoje" (informacinis leidinys).

1920 m. – "Pasakos" (rinkinys, išleistas Raulo Kemeklio slapyvardžiu).

1927 m. – "Vyrai, sukiaulinkime Lietuvą! ir kitos apysakos" (apysakos, išleistos Raulo Kemeklio slapyvardžiu).

1934 m. – "Biologinis suvartoto vandens valymas" (informacinis leidinys).

1939 m. – "Miestų kanalizacija : kanalizacijos įrengimų projektavimas, statyba ir kanalų tinklo priežiūra, sodybų kanalizavimas" (monografija).

1957 m. – "Lietuva budo" (memuarinė monografija).

1964 m. – "Tau, Lietuva" (publicistikos rinkinys).

Vedė 1911 m. vasario 20 d. Vilniaus Šv. Rapolo bažnyčioje, žmona Aloiza Paškievič-Kairienė-Ciotka (1876–1916) – baltarusių rašytoja, tautinio atgimimo veikėja. Jai mirus nuo šiltinės, liko našlys. Vaikų nesulaukė.

Vėl vedė 1923 m. spalio 17 d. Klaipėdoje, civilinės metrikacijos įstaigoje, žmona Ona Leonaitė-Kairienė (1898–1958) – teisininkė, leidėja, 1948–1956 m. tremtinė. S. Kairiui 1944 m. emigravus, ji liko Lietuvoje ir su vyru nebesusitiko. Vaikų nesulaukė.

Mirė 1964 m. gruodžio 16 d. Smittaune (Smithtown, Niujorko valstija, JAV). Buvo palaidotas Lietuvių tautinėse kapinėse Džastise (Justice, Ilinojaus valstija, JAV). 1979 m. jo kapas buvo paženklintas masyviu akmeninio kubo paminklu su iškaltu portretiniu atvaizdu.

1996 m. liepos 18 d. urna su jo palaikais perlaidota Kauno Petrašiūnų kapinėse (7 kvartalas, 6 eilė, 6 kapas) Leonų šeimos kape. Kapavietę dengia masyvus pilko šlifuoto akmens luitas su iškaltu įrašu: "Steponas Kairys / 1878–1964 / Profesorius / Petras Leonas / 1864–1938 / Celina Leonienė / 1874–1944 / Ona Leonaitė-Kairienė / 1898–1958".

Už išgelbėtą žydės Anusės Keilsonaitės gyvybę S. Kairiui ir jo žmonai O. Kairienei buvo suteikti Pasaulio Tautų teisuolių garbės vardai (po mirties, 2005 m.).

S. Kairio tėviškės sodybvietė Užunvėžiuose paženklinta tipiniu signataro atminimo vietos ženklu. Sodybvietėje pastatytas dekoratyvinis stogastulpis (autorius – Jonas Tvardauskas, 1992 m.) su išskobtais įrašais: "Mano gimtasis kaimas / tiko būti mažu visos Au- / kštaitijos atvaizdu (...) Tiko / M. Čiurlionio karalių saujon / paimami / Steponas Kairys" ir "Čia buvusioje sodyboje / 1879.I.2 gimė valstybės veikė- / jas, profesorius, Lietuvos / Nepriklausomybės akto / signataras / Steponas Kairys / Mirė 1964.XII.16 Niujorke". Horizontalia akmens plokšte čia paženklinta S. Kairio socialdemokratinė veikla (2018 m.), įrengtas informacinis stendas apie S. Kairį (2018 m.).

Kaune, ant namo K. Donelaičio g. 77, buvo atidengta memorialinė lenta su S. Kairio bronziniu bareljefu ir akmens plokštėje iškaltu įrašu: "Šiame name 1929–1943 m. / gyveno Lietuvos / Nepriklausomybės akto / signataras, Steigiamojo / Seimo narys, žymus / vandentiekio ir / kanalizacijos / specialistas, / VDU profesorius, / Vyriausiojo Lietuvos / išlaisvinimo komiteto / pirmininkas / Steponas / Kairys. / Mirė 1964 m. Niujorke" (skulptorius Kazys Švažas, architektas Jonas Lukšė, 1996 m.).

Kaune atminimo lenta (skulptorius Kazys Švažas ir architektas Jonas Lukšė, 1996 m.) paženklintas S. Kairio vasarnamis Fredoje, Gamtos g. 7.

Kaune, Žaliakalnyje, Aukštaičių g. 43, prie bendrovės "Kauno vandenys", jam pastatytas paminklinis biustas (skulptorius Stasys Žirgulis, 1996 m.; buvo pavogtas ir 2003 m. vėl atkurtas).

Stepono Kairio vardu pavadintos gatvės Anykščiuose (2007 m.), Kaune (1997 m.) ir Vilniuje. 

Kauno technologijos universiteto Cheminių technologijų fakulteto Inžinerinės technologijos katedroje (Kaunas, Radvilėnų plentas 19) atidaryta Aplinkos tyrimų laboratorija (1999 m.). S. Kairio garbei joje atidengtas skulptūrinis ženklas (skulptorius Robertas Antinis, 1999 m.).

Atminimo lenta su S. Kairio bareljefu jam kaip pirmajam Utenos apskrities tarybos pirmininkui Lietuvos  Respublikos 100-mečio proga įrengta Utenoje, prie Utenos kraštotyros muziejaus (2018 m.), akmens plokštėje iškaltas tekstas: "Tau, Lietuva, / kad būtum tik laisva, demokratinė, / aš skyriau visą savo gyvenimą. / Tau, Lietuvos jaunime, / noriu palinkėti, kad kur bebūtum pasaulyje, / visuomet būtum ištikimas savo kraštui, / mūsų Lietuvai / Steponas Kairys / Vasario 16-osios akto signataras, / pirmasis Utenos apskrities savivaldybės / ir Vyriausiojo Lietuvos išlaisvinimo / komiteto (VLIK) pirmininkas, / inžinierius, profesorius / 1879–1964".

Atminimo lenta su S. Kairio bareljefu įrengta Vilniuje, prie namo Totorių g. 3 (autorius – skulptorius Leonas Pivoriūnas, 2021 m.), akmens plokštėje iškaltas įrašas: "Steponas Kairys / 1879–1964 / 1918 m. Vasario 16-osios Lietuvos / Nepriklausomybės Akto / Signataras / socialdemokratas / 1917–1918 metais šiame name / gyveno, dirbo / ir redagavo laikraštį / "Darbo balsas".Digital seals and the war on counterfeit drugs

2008 m., minint Lietuvos Nepriklausomybės 90-metį, Stepono Kairio vardu buvo pavadinta Kurklių pagrindinė mokykla, joje veikė memorialinė S. Kairio ekspozicija, kol 2019 m. mokykla buvo pertvarkyta į Anykščių Antano Baranausko pagrindinės mokyklos Kurklių Stepono Kairio skyrių.

Vilniaus universiteto bibliotekos Rankraščių skyriuje saugomas S. Kairio asmeninis fondas (F257), kuriame sukaupti 1937–1974 m. laikotarpio dokumentai.

1995 m. pašto ženklų serijoje "Lietuvos nepriklausomybės diena" buvo išleistas S. Kairiui skirtas pašto ženklas (dailininkas Jokūbas Zovė).

Parašytos monografijos: Juozo Stražnicko "Žygis: Steponas Kairys – inžinierius, mokslininkas, kūrėjas" (1999 m.) ir Gedimino Ilgūno "Steponas Kairys" (2003 m.). S. Kairio asmenybė ir švietėjiška veikla, XX a. pradžioje lietuviams pristatant Japoniją, reprezentuota žurnalistės Kumiko Hilano monografijoje apie praėjusį šimtmetį, išleistoje Japonijoje (2010 m.). S. Kairio gyvenimas ir politinė veikla pristatyta "Didžiojo Lietuvos parlamentarų biografinio žodyno" tome "Lietuvos Respublikos Seimų I (1922–1923), II (1923–1926), III (1926–1927), IV (1936–1940) narių biografinis žodynas" (2007 m.).

Sukurtas dokumentinis filmas "Kaunas. Sugiharos ir Japonijos ženklai" (idėjos autorius dr. Aurelijus Zykas, 2018 m.), atskleidžiantis S. Kairio įtaką Lietuvos ir Japonijos santykių raidai.