En 2012, il remporte le marathon aux Jeux olympiques à Londres en 2h8min1s avec 26 secondes d'avance sur son poursuivant, le Kényan Abel Kirui. Il devient à cette occasion le deuxième athlète d'Ouganda champion olympique après John Akii-Bua, vainqueur du 400 m haies des Jeux de 1972.
Stephen Kiprotich remporte le marathon des championnats du monde 2013, à Moscou, devant les Éthiopiens Lelisa Desisa et Tadesse Tola, dans le temps de 2h9min51s[1]. Il devient ainsi le premier athlète à remporter les Jeux Olympiques et les Championnats du monde de marathon en carrière, ainsi qu'à détenir simultanément les deux titres.