Stokes nasceu numa família religiosa de origem anglo-irlandesa. O seu pai, Gabriel Stokes, era o pároco da paróquia de Skreen, no condado de Sligo (Irlanda), e a sua mãe, Elizabeth Haughton, era filha de outro pároco. Stokes era o mais novo dos seis filhos do casal e, inicialmente, estudou com o seu pai e com o secretário paroquial de Skreen. De seguida, frequentou a escola em Dublin antes de ir para o Bristol College, na Inglaterra, para se preparar para o acesso à universidade. Em 1837, Stokes entrou no Pembroke College, em Cambridge, onde começou a cultivar o gosto pela matemática com o apoio tutorial de William Hopkins (1793 – 1866). Em 1841, o Pembroke College imediatamente o elegeu para um cargo de docência.

Stokes publicou trabalhos sobre movimento de fluidos, movimento estacionário de fluidos incompressíveis (1842 e 1843), fricção de fluidos em movimento e equilíbrio e movimento de sólidos elásticos (1845). Investigou os fenómenos de fluorescência e usou-os no estudo da radiação ultravioleta, demonstrando que o quartzo, ao contrário do vidro comum, é transparente à radiação ultravioleta. Stokes era um dos defensores da teoria ondulatória da luz e da existência do éter, o meio de propagação da radiação idealizado por se pensar que apenas existiam ondas mecânicas. Na tentativa de explicar as propriedades aparentemente contraditórias do éter, sugeriu que este se comportava de uma forma muito idêntica à cera, que era rígido, porém, fluiria sob a ação de uma força pouco intensa mas constante. Além disso, ele sugeriu a hipótese de que, em virtude da fricção, os planetas arrastavam parte do éter juntamente com eles. Em 1849, Stokes foi nomeado para o cargo de professor lucasiano da Universidade de Cambridge – a famosa cátedra de matemática ocupada por grandes personalidades do campo científico.

Stokes também publicou um artigo, em 1849, sobre a variação da gravidade na superfície da Terra. Em 1851, Stokes foi eleito para a Royal Society de Londres e três anos mais tarde tornou-se o seu secretário, cargo que ocupou por 30 anos, até ser eleito presidente. Até então, apenas Sir Isaac Newton havia tido os três cargos principais do mundo científico: professor lucasiano, secretário e presidente da Royal Society de Londres.

Em 1854, Stokes sugeriu que as linhas de Fraunhofer seriam causadas por átomos, nas camadas exteriores do Sol, que absorvem a radiação de certos comprimentos de onda. Stokes não quis investigar essa possibilidade e, mais tarde, não reclamou nenhuma proclamação quando o físico alemão Gustav Kirchhoff (1824 – 1887) publicou a sua explicação das linhas de Fraunhofer. Stokes adquiriu o título de barão em 1889. Os trabalhos matemáticos e físicos de Stokes foram publicadas em cinco volumes; os três primeiros sob a sua direção, (1880, 1883 e 1901) e os dois últimos sob orientação do físico e matemático Joseph Larmor (1857 – 1942). Stokes também escreveu as obras “Sobre a Luz” (1887) e “Teologia Natural” (1891). Em sua homenagem, atribuiu-se o seu nome à unidade de viscosidade dinâmica do sistema CGS (centímetro-grama-segundo), em 1928.