Dzieciństwo spędził wraz z rodziną w Tomsku na Syberii, dokąd zesłano jego ojca, matkę i starsze rodzeństwo za udział w powstaniu styczniowym.

W latach 1868–1871 studiował na Akademii Sztuk Pięknych w Petersburgu. Naukę malarstwa kontynuował w latach 1871–1875 w Monachium. Po powrocie do kraju zamieszkał w Warszawie zajmując się malarstwem.

Przełomem w jego karierze było objęcie w grudniu 1883 funkcji kierownika artystycznego oraz etatowego krytyka w warszawskim tygodniku "Wędrowiec", w którym pracował do końca 1886. W 1887 roku objął kierownictwo artystyczne "Kłosów".

Po raz pierwszy przyjechał do Zakopanego zimą 1886 roku na zaproszenie przyjaciół - Marii i Bronisława Dembowskich, a od 1890 roku zamieszkał tu na stałe.

Zafascynowany od tego czasu podhalańskim budownictwem i sztuką ludową - jak wierzył skarbnicy reliktów najdawniejszej kultury polskiej - zaczął propagować pomysł stworzenia polskiego stylu narodowego, będącego rozwinięciem użytkowej sztuki i zdobnictwa Podhala "do wyższych ludzkich potrzeb".

Zaprojektował architekturę i wnętrza zakopiańskich willi, m.in.:

Na przełomie XIX i XX stulecia wzniesiono w stylu zakopiańskim liczne obiekty nie tylko w Zakopanem i na Podhalu, ale także w wielu miejscowościach letniskowych na terenie ziem polskich zwłaszcza w zaborze austriackim i rosyjskim (np. w Wiśle, Nałęczowie, Łańcuchowie, Konstancinie, Syłgudyszkach na Litwie), czy nawet dużych miastach (we Lwowie, Sosnowcu, Warszawie).

Za swą działalność na rzecz miasta został mianowany honorowym obywatelem Zakopanego.

Autor książki Na przełęczy (1891), nazywanej Ewangelią Tatr, książkę w 1904 roku opatrzył nowym wstępem.

Zmarł na gruźlicę 5 września 1915 w Lovranie (półwysep Istria, obecnie Chorwacja). Trumnę z jego zwłokami przez ogarniętą wojną Europę przewiozła Maria Dembowska. Dotarła ona do Zakopanego 13 września 1915. 14 września trumna została wystawiona w kaplicy cmentarnej przy ulicy Nowotarskiej. Pogrzeb, w którym poza licznie zgromadzonymi góralami i przewodnikami tatrzańskimi uczestniczyli między innymi Stefan Żeromski, Jan Kasprowicz, Leon Wyczółkowski, Ludwik Solski, Jan Rembowski, Jan Skotnicki i Teodor Axentowicz, odbył się 17 września 1915 r. Stanisław Witkiewicz został pochowany na starym zakopiańskim cmentarzu na Pęksowym Brzyzku.

Odznaczony pośmiertnie (1930) Krzyżem Niepodległości.

Styl zakopiański dominował przede wszystkim w drewnianej architekturze willowej. Do najbardziej znanych obiektów należą wille zaprojektowane przez Stanisława Witkiewicza: "Koliba" (1892–1893) – pierwszy dom w stylu zakopiańskim, "Pepita" (1893), "Oksza" (1895–1896), "Zofiówka" (1895–1896) "Pod Jedlami" (1896–1897), "Grażyna" (1902), "Pod Wykrotem" (1905), "Dyrektorówka" (1907).

Najważniejsze obiekty sakralne to kaplice w nowym kościele parafialnym pw. Najświętszej Rodziny przy Krupówkach – Matki Boskiej Różańcowej (1895) i św. Jana Chrzciciela (1897–1900), drewniane kaplice św. Krzyża na Kalatówkach (1898), Najświętszego serca Jezusowego w Jaszczurówce (1904–1907) oraz przydrożna kapliczka Korniłowiczów na Bystrem (1908). Na uwagę zasługuje także zbudowany w stylu zakopiańskim gmach Muzeum Tatrzańskiego (1913–1922).

Swoje poglądy na temat sztuki podhalańskiej i jej wykorzystaniu w tworzeniu stylu narodowego Stanisław Witkiewicz przedstawił w wielu publikacjach, m.in.: Tatry w śniegu (1886), Styl zakopiański (1890, 1898), Na przełęczy. Wrażenia i obrazy z Tatr (1891), Styl zakopiański – z. 1: Pokój jadalny (1904), z. 2: Ciesielstwo (1911).

Koliba, projekt 1891–1892, rok budowy 1892–1892

Kaplicy Najświętszego Serca Jezusowego w Jaszczurówce, rok budowy 1904