Степан Микоян родился 12 июля 1922 года в Тбилиси (Грузия) в семье видного советского государственного деятеля и будущего Героя Социалистического Труда - Анастаса Ивановича Микояна. В 1941 году окончил Качинскую военную авиационную школу летчиков, а в декабре этого же года ушел на фронт. В годы Великой Отечественной войны в качестве летчика-истребителя воевал в составе 11-го, 32-го гвардейского и 12-го гвардейского истребительных авиационных полков.
В 1951 году окончил Военно-воздушную инженерную академию имени Н. Е. Жуковского и перешел на летно-испытательную работу в ГК НИИ ВВС. В течение 23 лет испытывал боевые самолеты марки «МиГ». В 1975 году за проведение государственных испытаний самолета МиГ-25 был удостоен звания Героя Советского Союза. Микоян летал вплоть до 1978 года. В общей сложности он освоил 102 типа летательных аппаратов, в том числе МиГ-23, МиГ-25, МиГ-27.