1938年,小野寺章太郎出生于日本宫城县登米市石森町(今中田町石森)。少时他受手冢治虫《新宝岛》漫画的影响很大,因此早在上中学时,石森章太郎就多次投稿漫画到《少年漫画》《每日中学生新闻》上。在就读于佐沼高中时,他建立了“东日本漫画研究会”。此时已经有日本媒体赞誉他为“宫城县的漫画天才”。
1954年,他凭借着《二级天使》正式出道。这一年他仅仅只有16岁。而在1956年高中毕业后,他与病弱的姐姐搬进包括手冢治虫在内的诸多漫画家居住的常盘庄内,并与藤子·F·不二雄、赤冢不二夫等人合作成立第二次新漫画党,以极高的创作速度而闻名。
1958年,支持他创作的姐姐因病去世,这对他之后的创作影响很大。
1959年,他第一次与手冢治虫合作,参与《西游记》长篇漫画的制作。之后他作为集英社记者离开常盘庄,出国采访了一段时间,这使得他决定开始创作科幻漫画。
1964年,他的代表作《人造人009》问世。有趣的是,由于当时他登记的接收粉丝信件的地址正是自家地址,因此有不少粉丝选择登门拜访,这使得他的首席助手、未来的得意门生永井豪和他的接触逐渐增多。
1971年,石森章太郎受东映邀请参与《假面骑士系列》的制作。很明显,这一系列作品获得了巨大的成功。同时这也是日后他被中国观众所熟知的开始。
1985年,恰逢他开始绘画30周年,他宣布更改自己的笔名为“石之森章太郎”。
1989年,他发表了《万画宣言》,称“漫画中不仅有‘有趣、搞笑’的表现形式,还有很多其他的表现形式”,提倡将漫画改名为“万画”。在这之后他也自称为“万画家”,去世后他的纪念馆也被命名为“万画馆”。
1992年,他突发高热入院,被诊断为恶性淋巴瘤。之后他在与病情作斗争的同时笔耕不辍,但越来越严重的病情还是让他的创作速度大大减慢。
1997年11月他进入东京都文京区顺天堂医院治疗。在病榻上,他依旧坚持绘画《HOTEL大酒店》的原稿直至12月。
1998年1月28日凌晨2时33分,石之森章太郎因恶性淋巴瘤引发的心律不齐在东京都文京区顺天堂医院去世,享年60岁。