Степан Сергеевич Вострецов родился 17 (29) декабря 1883 года в селе Казанцево (теперь Вострецово) в Уфимской губернии в семье крестьянина. Он был русский. Два года учился в церковно-приходской школе. Работал кузнецом. В 1894 году ушёл из родного села и пешком добрался до Уфы. Работавший там в железнодорожных мастерских старший брат устроил его подручным кузнеца. Вскоре братья переехали в Челябинск, а оттуда Степан уехал в Омск.

В 1905 году вступил в РСДРП, меньшевик, но в 1918 году порвал с меньшевиками. С 1 января 1920 года был членом ВКП(б). В 1906 году был призван и до 1909 года служил в армии рядовым. В 1909 году был осуждён военно-полевым судом в Новониколаевске за революционную агитацию на 3 года тюрьмы. Отбывал наказание в городе Бийске.

Участвовал в Первой мировой войне, за храбрость был награждён тремя Георгиевскими крестами. В 1916 году был ефрейтором 54 Сибирского стрелкового полка. Последний чин в РИА — прапорщик. За период войны трижды ранен, однажды контужен. Был членом солдатского комитета в 54-м полку 14-й Сибирской дивизии.

В марте 1918 года после демобилизации вернулся в родное село Казанцево, где организовал коммуну и был избран в сельсовет. Летом 1918 года по доносу с обвинением в большевизме был арестован и помещён в бирскую, затем в уфимскую тюрьму. Осенью 1918 года ему было предложено организовать штаб по вербовке комсостава для белой армии, чем он воспользовался и в октябре бежал к красным.

Был арестован разведчиками 2-го Петроградского полка 27 дивизии. В начале его как комучевского лазутчика хотели расстрелять, но командир 2-го Петроградского полка Р. И. Сокк и комбриг Н. И. Вахрамеев ему поверили, и он был назначен помощником командира роты 1-го батальоне 2-го Петроградского полка 27 стрелковой дивизии 5 армии. С 3 июня 1919 года — командир 243-го Петроградского, затем 242-го Волжского полков этой дивизии.

Под его командованием полк, тесня отступавших на восток колчаковцев, первым вошёл в Челябинск. Отличился при занятии Омска, а после переброски дивизии на Западный фронт — Минска. С октября 1920 года командир бригады. В июле 1921 года назначен начальником Управления войск ВЧК по охране границ Сибири. С октября снова командир бригады. С сентября 1922 года помощник командира 2-й Приамурской стрелковой дивизии.

Осенью 1922 года возглавлял группу войск в составе 5-го Амурского стрелкового и Троицкосавского кавалерийского полков Народно-революционной армии Дальневосточной республики при штурме Спасска и изгнании белогвардейцев из Приморья. После окончания боев был переведён в штаб на должность исполняющего особые поручения главкома НРА. С апреля 1923 года временно исполнял обязанности помощника командира 36-й Забайкальской стрелковой дивизии. С апреля по июнь 1923 года — командир специального экспедиционного отряда сформированного для ликвидации отряда генерала А. Пепеляева в Охотско-Аянском районе Якутии.

Вместо того чтобы атаковать порт Аян с моря, как предполагали белогвардейцы, он высадился со своим отрядом в 30 км западнее Охотска и стремительным ударом 5 июня 1923 года захватил его. Переместившись затем в устье реки Алдомы в 80 км западнее Аяна, красноармейцы в течение трёх дней, делая 25-километровые переходы по бездорожью и сопкам, вышли к порту и ранним утром 17 июня окружили все стратегически важные объекты Аяна.

С целью не допустить бессмысленного кровопролития С. Вострецов предложил А. Пепеляеву сдаться, гарантировав ему и его солдатам жизнь и «справедливый рабоче-крестьянский суд». Генерал после недолгого размышления согласился с предложенными условиями, что оба военачальника и скрепили рукопожатием. С. Вострецов своё слово сдержал. Никто из сдавшихся белогвардейцев не был казнён. Около 200 рядовых добровольцев были практически сразу отпущены на свободу, 162 человека подвергнуты административной ссылке, а Пепеляев и ряд его ближайших соратников отправлены в Читу, где предстали перед ревтрибуналом 5-й армии.

За период Гражданской войны был дважды ранен. Являлся одним из четырёх кавалеров 4-х орденов Красного Знамени за участие в Гражданской войне. С 8 октября 1923 года назначен помощником командира 36-й Забайкальской стрелковой дивизии. С октября по ноябрь 1923 года исполнял обязанности командира 84-й Тульской стрелковой дивизии, после чего по личной просьбе направлен на Военно-академические курсы, которые успешно закончил 27 июля 1924 года.

С 11 июля 1924 года по 1 мая 1928 года — командир 27-й Омской Краснознамённой стрелковой дивизии. С 15 марта 1927 года также и комиссар этой дивизии. С 1 мая 1928 года по 1 октября 1929 года — командир и комиссар 51-й Краснознамённой Перекопской дивизии. С 1 октября 1929 года по ноябрь 1930 года — командир и комиссар 18-го стрелкового корпуса.

В период подготовки к военным операциям на Китайско-Восточной железной дороге в составе Особой Дальневосточной армии создана Забайкальская группа войск, в состав которой вошло управление 18-го стрелкового корпуса. Войсками Забайкальской группы войск, оставаясь одновременно командиром 18-го ск, командовал С. Вострецов. Командовал Маньчжуро-Чжалайнорской операцией по разгрому китайских войск.

С августа по ноябрь 1930 года прошёл курсы при Военно-политической академии. С мая 1931 года по 2 мая 1932 года — командир 9-го стрелкового корпуса в городе Новочеркасске. После парада 1 мая 1932 года на машине в Ростове сбил женщину. Застрелился в Новочеркасске между 4 и 5 часами утра 2 мая 1932 года у порога своего дома. Похоронен на Братском кладбище Ростова-на-Дону.