Stanisław Koziej w latach 1962–1965 był podchorążym Wyższej Szkoły Oficerskiej Wojsk Zmechanizowanych im. Tadeusza Kościuszki we Wrocławiu, a w latach 1970–1973 słuchaczem Akademii Sztabu Generalnego. Ukończył także specjalistyczne kursy m.in. w Instytucie Wyższych Studiów Obrony Narodowej w Paryżu oraz Akademii Obrony NATO. Obronił doktorat i habilitację, a w 1990 otrzymał tytuł profesora nauk wojskowych.
Przez wiele lat był pracownikiem naukowym Akademii Sztabu Generalnego i następnie Akademii Obrony Narodowej. Pełnił m.in. funkcje zastępcy kierownika i kierownika katedry oraz dziekana wydziału.
Zajmuje stanowiska profesora zwyczajnego na Wydziale Strategiczno-Obronnym AON oraz dyrektora Instytutu Bezpieczeństwa Krajowego w Wyższej Szkole Zarządzania Personelem w Warszawie.

W okresie PRL działał w PZPR.

Od kwietnia 1993 do stycznia 1994 był dyrektorem Departamentu Systemu Obronnego Biura Bezpieczeństwa Narodowego.

11 listopada 1993 prezydent Lech Wałęsa awansował go na generała brygady.

W latach 1994–2001 był dyrektorem Departamentu Systemu Obronnego w Ministerstwie Obrony Narodowej.
Od 1996 do 1997 pełnił funkcję szefa polskiej misji w Komisji Nadzorczej Państw Neutralnych w Korei.
Następnie przez rok był zastępcą Szefa Misji OBWE w Gruzji.
W latach 1999–2001 reprezentował Polskę w Grupie Wysokiego Szczebla NATO ds. Polityki i Strategii Nuklearnej.
W 2002 przeniesiony został w stan spoczynku.

W wyborach parlamentarnych w 2005 bez powodzenia kandydował do Senatu z ramienia Platformy Obywatelskiej (zajął 8. miejsce spośród 20 kandydatów w okręgu).

7 listopada 2005 powołano go na stanowisko podsekretarza stanu w Ministerstwie Obrony Narodowej.

26 lipca 2006 podał się do dymisji, obowiązki wiceministra przestał pełnić 10 sierpnia 2006.

Stał się jednym z autorów polskiej doktryny obronnej lat 90., głównym autorem Planu obrony Rzeczypospolitej Polskiej, Strategii obronności Rzeczypospolitej Polskiej oraz Polityczno-Strategicznej Dyrektywy Obronnej, a także autorem kilkuset publikacji z dziedziny nauk wojskowych.
13 kwietnia 2010 wykonujący obowiązki Prezydenta RP marszałek Sejmu Bronisław Komorowski powołał Stanisława Kozieja na urząd szefa Biura Bezpieczeństwa Narodowego, nieobsadzony po śmierci Aleksandra Szczygły.
20 maja 2010 został powołany w skład Rady Bezpieczeństwa Narodowego.