Родился 11 февраля 1965 г. в с. Веселая Долина Тарутинского р-на Одесской области Украинской ССР (ныне - Украина).
В 1983 г. окончил Орджоникидзевское высшее военное командное училище им. С.М. Кирова МВД СССР (с 1999 г. - Северо-Кавказский военный институт внутренних войск МВД России, закрыт в 2011 г.), в 1997 г. - Военную академию Вооруженных сил Украины.
Кандидат педагогических наук. В 2003 г. в Военном институте внутренних войск МВД Украины (г. Харьков) защитил диссертацию на тему "Педагогические условия формирования умений командира подразделения у будущих офицеров МВД Украины". Профессор.
На военной службе с августа 1983 г. Служил во внутренних войсках МВД СССР, а затем МВД Украины в должностях командира взвода, роты, начальника штаба батальона, командира батальона, полка, бригады.
С марта 2002 г. возглавлял Военный институт внутренних войск МВД Украины (в 2006-2014 гг. - Академия внутренних войск МВД Украины; ныне - Национальная академия Национальной гвардии Украины; г. Харьков).
С 28 февраля по 15 апреля 2014 г. - начальник Главного управления - командующий Внутренними войсками МВД Украины.
13 марта 2014 г. Верховная Рада Украины приняла закон о создании на базе внутренних войск МВД Национальной гвардии Украины (ранее существовала с 1991 г. по 2000 г.).
19 марта 2014 г. назначенный Верховной Радой временно исполняющим обязанности президента Украины Александр Турчинов внес в парламент проект постановления о назначении Степана Полторака на должность командующего Национальной гвардии Украины. 15 апреля 2014 г. Верховная Рада назначила Степана Полторака командующим Национальной гвардии Украины ("за" - 235 депутатов). Он был утвержден в этой должности с третьей попытки.
С 14 октября 2014 г. - министр обороны Украины в правительстве Арсения Яценюка. На посту главы Минобороны Полторак сменил Валерия Гелетея, возглавлявшего ведомство с 3 июля 2014 г. 14 апреля 2016 г. Полторак был вновь назначен министром обороны в правительстве Владимира Гройсмана.
13 октября 2018 г. Степан Полторак подал рапорт об увольнении с военной службы, так как с 1 января 2019 г., в соответствии с законодательством, пост министра обороны Украины должен занять гражданский человек. Сам Полторак пояснил, что с 13 октября он завершает службу в Вооруженных силах Украины и работу во главе оборонного ведомства продолжит уже как гражданский.
20 мая 2019 г. Степан Полторак написал заявление об отставке с поста министра обороны Украины.
Генерал армии (2015).
Награжден орденом Богдана Хмельницкого I (2018) II (2016) и ІІІ (2006) степеней.
Награжден медалями "За боевые заслуги", "За безупречную службу" III степени, "За развитие науки, техники и образования" ІІ степени, "Закон и честь", "За безопасность народа" I и II степеней, "За безупречную службу во внутренних войсках МВД Украины" I, II и III степеней и др.
Женат, имеет сына. Супруга - Инна Геннадьевна, военнослужащая Национальной академии Нацгвардии Украины. Сын - Игорь.