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Sebstian namorou a atriz Leighton Meester com quem atuou na série Gossip Girl por dois anos (2008-2010).

No início de 2012, ele iniciou um romance com Jennifer Morrison, com quem contracenou em Once Upon a Time; o relacionamento acabou em 2013.

Também namorou a atriz Margarita Levieva. O casal começou a namorar em 2014 e terminaram em meados de 2016.

Durante a participação num podcast de Will Malnati, intitulado The Drop-In, Stan contou que quando era mais novo, seu padrasto e sua mãe pensavam que ele era gay pelo fato de ele gostar de atuar, o que "é ridículo". Ele revelou que seu primeiro beijo aconteceu quando ele tinha 10 anos de idade e a garota tinha 16. A mãe dele não podia levá-lo pra escola, então pedia para essa menina acompanhá-lo no trem.

Em entrevista, disse que "pensa em talvez casar e ter filhos, um dia", afirmando que não teve bons exemplos de casamentos quando cresceu: seus pais se divorciaram quando tinha 2 anos. O pai casou novamente e o novo casamento também não deu certo; a mãe também casou-se com outro e foi um casamento bonito; apesar disso, haviam altos e baixos. Ainda disse que "por não ter esses exemplos, até gosta da ideia do casamento, mas não o idealiza mais como fazia com 20 anos e não sente essa necessidade de amar alguém para o resto da vida". Atualmente mora em Nova Iorque e namora a atriz espanhola Alejandra Onieva.