Stéphane Sizonenko obtient son diplôme de médecin à Genève en 1990 et son doctorat en 1994. D’abord assistant de recherche, il travaille sur le métabolisme de la proinsuline. Il poursuit sa formation en pédiatrie et en néonatologie aux HUG (FMH en 1996), puis rejoint l’Université d’Auckland où il complète sa formation clinique et initie sa recherche sur les lésions cérébrales du prématuré (PhD en 2003). De retour à Genève en 2001, il rejoint le Département de pédiatrie et poursuit ses recherches au sein du Département des neurosciences fondamentales. 

En 2005, il devient médecin adjoint au Service de développement et croissance des HUG et y prend la responsabilité du laboratoire de recherche. Il collabore par ailleurs avec l’EPFL dans le domaine de l’imagerie par résonance magnétique des lésions cérébrales. Ses intérêts cliniques et scientifiques se rejoignent dans un but translationnel: mieux comprendre, évaluer et traiter les lésions du cerveau en développement pour limiter les risques de difficultés développementales chez l’enfant. Nommé privat-docent en 2009, puis professeur assistant au Département de pédiatrie de la Faculté de médecine 2014, il est titularisé à la fonction de professeur associé en 2017 et promu professeur ordinaire en mai 2025.