Axel Stein nació en Wuppertal y comenzó su carrera como actor cuando aún estaba en la escuela con varios papeles en series de televisión.

En 2002 recibió el "Premio al talento cinematográfico en ascenso" y, a la edad de 20 años, fundó su propia productora y creó una empresa conjunta con Brainpool TV. En septiembre del mismo año comenzó su primer programa de comedia Axel!. En 2002 fue galardonado con el "Premio de comedia alemana" como Mejor actor novel.

En febrero de 2003 fue galardonado con el premio Jupiter, el premio más importante de Alemania para cine y televisión, como mejor actor revelación. En 2003 Axel! fue nominado para el premio internacional de televisión Rose d'Or de Montreux, ese mismo año, en los premios German Comedy Award, fue nominado como Mejor Actor.

En los años posteriores protagonizó numerosos títulos, tanto en cine como en producciones televisivas, y siguió adelante con Axel will's wissen, el exitoso desarrollo posterior de la serie de comedia creada e interpretada por él. También ha trabajado como actor de doblaje para la película de Disney ganadora de premios internacionales, Bolt.

En su carrera destacan títulos como Nicht mein Tag (2013) dirigida por Peter Thorwarth Stein, Ayuda, encogí a mi maestra (2015), seguida de la secuela de 2018 Ayuda, encogí a mis padres.

En 2019 encarnó al autista Rainer en el largometraje Die Goldfische, dirigida por Alireza Golafshan; también ha rodado la tercera parte de la serie de cine Ayuda, encogí a mis amigos con el director Granz Henman, que pronto se estrenará, y ha prestado su voz a Chuck en Angry Birds, estrenada en otoño de 2019. Recientemente ha rodado Way Down, un thriller de acción dirigido por Jaume Balagueró.