Ο Σταύρος Ξαρχάκος γεννήθηκε και μεγάλωσε στην Αθήνα. Από τους σημαντικότερους σύγχρονους Έλληνες συνθέτες, έχει αφήσει έντονα τη σφραγίδα του στη σύγχρονη ελληνική μουσική δημιουργία. Παράλληλα, έχει διακριθεί ως ενορχηστρωτής και ως μαέστρος στην Ελλάδα και το εξωτερικό.

Σπούδασε στο Ωδείο Αθηνών και από τις πρώτες του εμφανίσεις, πολύ νέος ακόμη, στις αρχές της δεκαετίας του ΄60, ξεχώρισε ως συνθέτης κινηματογραφικής και θεατρικής μουσικής, χαρακτηρισμό που διατηρεί ακέραιο μέχρι σήμερα, καθώς τα πολυάριθμα τραγούδια του, γνωστά και αγαπημένα από όλους τους Έλληνες, θεωρούνται πλέον κλασσικά.

Προς το τέλος του ΄60 επικεντρώνει το ενδιαφέρον του στην κλασσική μουσική, μελετώντας τις τεχνικές της: αρμονία, σύνθεση και διεύθυνση ορχήστρας. Για το σκοπό αυτό έμεινε αρκετό καιρό στο εξωτερικό, σπουδάζοντας κοντά στη Nadia Boulanger στο Παρίσι και τον David Diamond στο Julliard School of Music στη Ν.Υόρκη. Στα τέλη της δεκαετίας του ΄70 γνώρισε τον Leonard Bernstein, με τον οποίο συνεργάστηκε για αρκετό καιρό, ως μαέστρος. Ως διευθυντής ορχήστρας δούλεψε, επίσης, και με το μαέστρο Jorge Mester.

Καινοτόμος και ιδιαίτερα παραγωγικός καλλιτέχνης, ασχολήθηκε, εκτός από τη μουσική για το θέατρο, τον κινηματογράφο και την τηλεόραση, που αποτελεί το μεγαλύτερο και γνωστότερο μέρος της δημιουργίας του, και με άλλα είδη μουσικής. Στα έργα του περιλαμβάνονται οι ακόλουθες συνθέσεις για συμφωνική ορχήστρα: διάφορες Σουίτες μπαλέτων, "Κοντσέρτο για πιάνο" (1971), "Κυρά-Παναγιά" (συμφωνικό ποίημα, 1969), "Ένδοψις" (για βαρύτονο και ορχήστρα, σε ποίηση Γ.Σεφέρη, 1979), "Ελλήσποντος" (συμφωνικό ποίημα, 1984), "Αναμνήσεις" (σουϊτα για ορχήστρα, 1982), "Lanto por Ignacio Sanchez Mejias" ("Θρήνος για τον Ιγνάθιο Σάντσιεθ Μεχίας", λυρικό δράμα σε ποίηση του Φ.Γκ.Λόρκα, 1997), "Επισκέπτης" (μονόπρακτη όπερα δωματίου πάνω στο ομώνυμο θεατρικό έργο του Eric-Emmanuel Schmitt, 2000) κ.ά.
Πολλά έργα του έχουν βραβευθεί σε Μουσικά και Κινηματογραφικά Φεστιβάλ.
Έχει, επίσης, ηχογραφήσει περισσότερους από 40 δίσκους μακράς διαρκείας, με διάφορες συνθέσεις του.

Πρόσωπο με έντονο πάντα ενδιαφέρον για την πολιτική, κοινωνική και καλλιτεχνική ζωή της χώρας του, συμμετείχε άμεσα για ένα διάστημα, στη δεκαετία του ΄80, στην πολιτική. Εξελέγη πρώτα Δημοτικός Σύμβουλος στο Δήμο Αθηναίων, όπου, ως Αντιδήμαρχος Πολιτιστικών Θεμάτων, έκανε την Αθήνα κέντρο καλλιτεχνικών γεγονότων. Ακολούθως, ήταν δύο φορές βουλευτής Αθηνών, για να παραιτηθεί όμως τελικά, καταγγέλωντας τα πολιτικά, πνευματικά και πολιτιστικά αδιέξοδα της χώρας.
Aπό το 1999 είναι ευρωβουλευτής.

Το Μάϊο του 1994 ανακηρύχθηκε Διδάκτωρ Καλών Τεχνών του Πανεπιστημίου Adelphi της Νέας Υόρκης.

Από τις αρχές του 1995 είναι Καλλιτεχνικός Διευθυντής και Μαέστρος της Κρατικής Ορχήστρας Ελληνικής Μουσικής (ΚΟΕΜ).