Stephen Amell rêve de devenir acteur dès son adolescence. Grâce à son physique d’Apollon, les chargés de casting ne tardent pas à le repérer, ce qui lui permet de décrocher son premier rôle à la télévision à l’âge de 23 ans dans Queer As Folk. Il y incarne le temps de deux épisodes un professeur de fitness, gay, qui ne laisse pas indifférent l’un des héros. Il poursuit sur sa lancée un an plus tard avec Dante’s Cove, un autre show mettant en scène un groupe d’amis homosexuels dans une petite ville, mais cette fois en proie à des événements surnaturels.  Deux séries américaines tournées au Canada, son pays d’origine, qui lui ouvrent les portes de nombreuses productions locales telles que Degrassi, Heartland ou ReGenesis. En 2006, il interprète l’un des personnages principaux de Rent-a-Goalie, une comédie racontant les exploits d’une équipe de hockey, un sport  avec lequel il a grandi. Le programme est un joli succès, public et critique, pendant 3 ans. Fort de cette expérience, son envie de percer aux Etats-Unis est décuplée.

Dans un premier temps, Amell enchaîne les apparitions dans des cop-shows populaires tels que NCIS : Los Angeles, Les Experts ou sa déclinaison Les Experts : Miami. A partir de 2011, il obtient des rôles plus conséquents. Ainsi, dans Vampire Diaries, il se transforme temporairement en loup-garou. Dans la troisième saison de Hung, une dramédie signée HBO, il entre dans la peau d’un homme prostitué, concurrent du héros incarné par Thomas Jane. Puis il retourne à la comédie grâce à New Girl et donne la réplique à Amy Brenneman dans plusieurs épisodes de la série médicale Private Practice. C’est alors qu’il décroche le rôle qui va le placer en plein dans la lumière.

A partir de 2012, il endosse en effet le costume de l’archer vert dans Arrow, la série adaptée des comic-books populaires de l’écurie DC Comics. Elle connaît un beau succès, et ce dès son lancement, sur la chaîne CW. La popularité de l’acteur monte alors en flèche.