プレーンテキストで記述されたASCII STL形式と、バイナリSTL形式がある。どちらのファイル形式でも、三角形の法線ベクトル（長さ１の単位ベクトル）と、面の表裏を示すために右手系に従って並んだ三角形の座標データを三角形の数だけ含む。このような冗長性のため、面の表裏は法線ベクトルと各点座標の記述順序（右手系）のどちらでも判別できる。
ASCII形式は人間が見た時の可読性が高いが、バイナリ形式と比較してファイルサイズが大きくなり、さらにファイル読み書き時の処理に時間がかかる。
書式は非常に単純である。
すべての行は以下の形式を満たす。:
キーワード [半角1文字スペース] データ
最初の行は以下の文で始まる。:
solid name
nameはオプションだが、省いた場合にも必ず半角スペースが必要である。
このあとに三角形データが続く。:
facet normal ni nj nk
outer loop
vertex v1x v1y v1z
vertex v2x v2y v2z
vertex v3x v3y v3z
endloop
endfacet
法線ベクトルは英語でnormal vectorと表記される。ここではfacet normalで三角形の法線ベクトルを意味する。法線ベクトルは大きさ１の単位ベクトルである。三角形の座標(vertex)は反時計回りに回る順番となる。数学上は三角形の座標から法線ベクトルは決定されるのだが(逆に法線ベクトルからは座標はわからない。後述するように法線ベクトルデータが直接扱われることは少ない)、三角形の法線ベクトルも同時に表示する規格となっている。
ni - nk とv1x - v3z は、e表記法(例：1.000000e+01 ）で表記される。
facet normal と outer loop の間のスペースは必要である。法線ベクトルの成分はマイナスを取りえるが、座標の成分はゼロか正値のみである。
ファイルの最後は以下の文で終了する:
endsolid name
STLにはバイナリー形式も用意されており、ASCIIにくらべファイルサイズが小さく済み、読み書きの際のエンコード/デコードがないぶん高速となる。ファイルサイズの点では、ASCII表示したときに浮動小数点の桁が多いときほど、ASCII形式との差が開き有利となる。ファイル読み書き処理の点では、SSDのような高速ストレージの転送速度を生かすためにはバイナリである必要が生じうる。
バイナリーSTLファイルは80バイトの任意の文字列で開始される（通常内容は無視される。ただし、solid から記載を始めた場合にASCII形式であると誤認識するソフトウェアが存在し、注意を要する）。次に4バイトの整数でファイルに含まれる三角形の枚数が示される。そのあとに、それぞれの三角形のデータが枚数分続くという構造になっている。終了コードはない。最後の三角形のデータがファイルの後端となる。
それぞれの三角形は12個の32ビット浮動小数点で示される。ASCII形式のSTLファイルと同様に、最初に三角形の法線ベクトル(3個)、次に三角形の各座標(3x3=9個)が X/Y/Zの順番で示される。その後2バイトの未使用データが続く。ほとんどのソフトはこの部分を無視するので値はそれぞれゼロである。
浮動小数点の表記方法はIEEE方式(IEEE 754)である。エンディアンは、仕様文書に明示されていないがリトルエンディアンである。
UINT8[80] - ヘッダー（任意の文字列）
UINT32 - ファイルに含まれる三角形の数
foreach triangle
REAL32[3] - 法線ベクトル
REAL32[3] - 座標 1
REAL32[3] - 座標 2
REAL32[3] - 座標 3
UINT16 - 未使用データ
end