Stein comenzó sus estudios asistiendo a una escuela en Limburgo del Lahn y en 1951 comenzó a estudiar ingeniería civil y matemáticas en la Universidad Técnica de Darmstadt.

En 1959 comenzó a desempeñarse como profesor asistente en la Universidad de Stuttgart, donde recibió su doctorado en 1964 por su trabajo «El método Trefftz para vigas, placas y carcasas» (Die Trefftz-Methode für Balken, Platten und Schalen (en alemán)) y, en 1969, recibió su habilitación por su trabajo «Acoplamiento de elementos finitos y método Trefftz extendido para placas y carcasas con interferencia de bordes» (Die Trefftz-Methode für Balken, Platten und Schalen (en alemán)).

Entre 1972 y 1999 también se desempeñó como ingeniero de pruebas en análisis estructural en Baja Sajonia.

De todos sus alumnos, 24 se convirtieron en profesores.

Stein también fue conocido por sus trabajos basados en los inventos técnicos de Gottfried Wilhelm Leibniz, en especial una máquina de transmisión binaria de cuatro especies, la cual diseñó en varias versiones y extensiones junto con Franz Otto Kopp.