Стоян Заимов е роден в град Чирпан. Учи в класното училище в град Стара Загора (1867-1869), където се запознава с Васил Левски и става член на Тайния централен български комитет (ТЦБК). През следващите две години завършва педагогически курс в град Пловдив и става учител. Участва в основаването на Гюргевския революционен комитет, който подготвя Априлското въстание. Определен е за главен апостол на Трети (Врачански) революционен окръг. В началото на 1876 година се прехвърля в България, но след избухването на въстанието е заловен и получава смъртна присъда, заменена с доживотно заточение в крепостта Сен Жан д’Акр (днес Акра или Ако, Израел). Освободен по общата амнистия след Санстефанския мирен договор (3 март 1878 г.). След Освобождението се завръща в България.
През 1882 година завършва Педагогическия институт в Москва. Съставя учебници и методически ръководства, основава сп. „Училищен преглед” (1896-1949), директор на Народната библиотека в София между 1903 и 1908 година. Наред със Захари Стоянов полага основата на българската модерна мемоарна традиция. Заимов умира в град Плевен в 1932 година. Баща е на генерал Владимир Заимов.
