Nunzio Di Stefano nasce nel 1954 a Cagnano Amiterno, in provincia de L’Aquila. Studia all’Accademia di Belle Arti di Roma, diplomandosi in scenografia con Toti Scialoja.
Nel 1973 è il primo artista a stabilire il suo studio nell’ex Pastificio Cerere, nel quartiere romano di San Lorenzo, dove lavorano anche Bruno Ceccobelli, Gianni Dessì, Giuseppe Gallo, Piero Pizzi Cannella e Marco Tirelli.
Nel 1981 tiene la prima personale alla Galleria Spazia di Bolzano, dove presenta una serie di sculture in gesso, installate sulla parete come dipinti, ed una serie di acquerelli. Queste opere, le cui superfici sono animate da lievi movimenti concavi e convessi, inaugurano quell’intreccio continuo tra piano e volume, tra pittura e scultura, che sarà caratteristico di molti lavori successivi. 
Nuovi lavori in gesso vengono esposti in altre due personali, alla Galleria L’Attico di Roma nel 1984 e, l’anno seguente, a New York presso la Galleria di Annina Nosei. In questo stesso anno Achille Bonito Oliva organizza la collettiva Ateliers incentrata sugli artisti di San Lorenzo tra i quali anche Nunzio.
Nel 1986 L’Attico è il luogo in cui l’artista presenta i suoi primi lavori in legno e piombo. Alcune di queste opere figureranno poi alla LXII Biennale di Venezia, dove vince il Premio 2000 come miglior giovane artista.
Nell’antologica del 1987 che gli dedica la Galleria Civica di Modena sono raccolte le prime opere in legno combusto: sculture ricoperte da una uniforme coltre di colore nero ottenuta trattando la superficie del legno con la fiamma ossidrica.
Tra la fine degli anni Ottanta e l’inizio degli anni Novanta, mentre si moltiplicano le occasioni espositive sia in Italia sia all’estero, i lavori di Nunzio sembrano guadagnare una nuova dimensione spaziale e, accanto alle sculture che nascono in rapporto con la superficie della parete o del pavimento, altre opere stabiliscono un dialogo diretto con lo spazio che attraversano e di cui ridefiniscono l’architettura.
Quegli anni vedono le personali alla Galerie Triebold di Basilea, alla Galerie Di Meo di Parigi e alla Galleria dell’Oca di Roma (quest’ultima nel 1991).
Figura inoltre in numerose collettive all’estero. Tra le varie nel 1985: Nouvelle Biennale de Paris, L'Italie aujourd'hui al Centre National d'Art Contemporain di Nizza, Nuove trame dell'arte al Castello Colonna di Genazzano, Anniottanta alla Galleria Comunale di Bologna.  Nel 1986: Aspekte der Italienischen Kunst, mostra itinerante che tocca varie città tedesche, l’XI Quadriennale di Roma (alla quale parteciperà anche nel 1996) e la VI Biennale di Sydney. Nel 1989: Los Nuevos Romanos a Santiago de Compostela ed a Madrid, e Prospekt '89 a Francoforte. Roma interna, presso il Museum Moderner Kunst Stiftung Ludwig di Vienna nel 1991 e la III Biennale di Istanbul l’anno seguente. Nel 1992 presenta un ampio nucleo di sculture in bronzo alla Galerie Triebold di Basilea. Nel 1993 Nunzio viene invitato nuovamente alla Biennale di Venezia, dove tornerà nel 1995 con una sezione personale, che gli varrà la Menzione d’Onore.
La prima personale in Giappone risale al 1994, allestita alla Kodama Gallery di Osaka, cui segue la partecipazione alla Biennale di Fujisankei nel 1995, dove la sua scultura Ombre, creata per gli spazi del Hakone Open-Air Museum, vince il Price for Excellence.
Dello stesso anno è la personale allestita presso la sede di Villa delle Rose della Galleria d’Arte Moderna di Bologna che ripercorre il lavoro dell’artista nell’ultimo decennio.
Nel 1997 presenta, per la prima volta, lavori in bronzo presso la Galerie Alice Pauli di Losanna, dove torna a esporre nel 2001. Il 2000 si apre con una personale alla Galleria Fumagalli di Bergamo, occasione per la pubblicazione di un libro dedicato al suo lavoro nell’ultimo ventennio.
La più recente antologica a lui dedicata viene allestita al MACRO a Roma nel 2005. In questo stesso anno tiene la sua prima personale alla Galleria dello Scudo di Verona, curata da Lea Vergine, dove presenta una serie di installazioni in legno combusto che creano nuovi e stranianti spazi abitabili.
Dello stesso anno e di quello successivo sono le mostre antologiche allestite al MACRO di Roma (a cura di Danilo Eccher), al Museo d’Arte Contemporanea di Belgrado e alla Casa dell’Associazione degli Artisti Croati a Zagabria (a cura di Bruno Corà). 
Nel 2009 è presente al Mart di Rovereto e tiene la personale Luce a luce alla Galleria Persano di Torino.
Nell’ottobre del 2012 il Museum Biedermann di Donaueschingen in Germania organizza un’importante personale del suo lavoro (presentata da Norbert Nobis) e, dopo alcuni anni di assenza dalla scena espositiva bolognese, Nunzio vi ritorna nel dicembre 2013 presentando alla Galleria de' Foscherari un nutrito gruppo di opere recenti.
Nel 2016 è al Museo Riso di Palermo ed alla Pinacoteca provinciale di Teora. 
Nel 2017 è presente alla mostra Ytalia, presso il Forte di Belvedere e Palazzo Marino Marini di Firenze. Nel 2018 presenta presso la Galleria Casamadre di Napoli la personale Nunzio–Giallo di Napoli Nero pece Blu cobalto. Nel febbraio 2019 è invitato da Anna-Maria Ehrmann-Schindlbeck alla Galerie der Stadt a Tuttlingen (Germania) per una personale dal titolo Skiá.
Dello stesso anno è la sua prima personale dal titolo The Shock of Objectivity presso la Galleria Mazzoleni di Londra (a cura di Kenneth Baker) in cui sono riunite opere dagli anni ’80 al 2019. 

Attualmente Nunzio vive e lavora tra Roma e Torino.