Stuart Rosenberg débute débute comme professeur de lettres à l'Université avant de se tourner vers le milieu artistique. D'abord monteur, notamment pour la télévision, le jeune Américain se lance bientôt dans la réalisation : dans les années 50 et 60, il est un grand nom du petit écran en signant plusieurs centaines d'épisodes de séries telles Alfred Hitchcock Présente, Les Incorruptibles ou encore La Quatrième dimension, programmes qui laissent déjà deviner chez le jeune homme un goût prononcé pour le polar et le fantastique.

Stuart Rosenberg réalise son premier long métrage, le film policier Crime, société anonyme, en 1960, avec un Peter Falk en tueur glacial, mais c'est quelques années plus tard que le natif de New York privilégie définitivement le grand au petit écran. En 1967, avec le drame pénitencier Luke la main froide, adapté du roman de Donn Pearce, il obtient son premier grand succès, dirigeant Paul Newman en prisonnier rebelle se liant d'amitié avec George Kennedy. Le film marque le début d'une riche collaboration avec Newman, qu'il retrouvera pour le drame engagé WUSA (1970), Les Indésirables (1972) et le thriller La Toile d'araignée (1975).

La comédie Folies d'avril, avec Jack Lemmon et Catherine Deneuve, le drame Le Voyage des damnés, avec Faye Dunaway, ou encore le film d'action Avec les compliments de Charlie, porté par Charles Bronson, prouvent la capacité de Rosenberg à s'adapter à tous les genres. Mais c'est en noircissant le tableau de son cinéma qu'il impose sa patte et remporte ses plus gros succès. D'abord avec Amityville, la maison du diable (1979), classique du cinéma d'épouvante emmené par James Brolin. Ensuite avec Brubaker (1980), nouveau drame pénitencier avec un détenu pas comme les autres incarné par Robert Redford. Après ces deux succès, Stuart Rosenberg se fait de plus en plus discret, signant notamment le film policier Le Pape de Greenwich Village (1985) et My heroes have always been cowboys (1991).