Joël Stein nasce nel 1926 a Saint Martin-Boulogne, in Francia. Frequenta la Scuola Nazionale di Belle Arti di Parigi tra il 1945 e il 1949. Negli stessi anni frequenta l'atelier di Fernand Léger, intrattiene contatti con i gruppi surrealista e lettrista e incontra Braque, Matta e Max Ernst.
Nel 1950 realizza le prime incisioni all’atelier di Georges Visat, incisore ed editore. Avviene una razionalizzazione della ricerca, incentrata sul controllo della forma e sulla riduzione del colore, a cui seguono le prime pitture programmate su sistema matematico.
Alla fine degli anni '50 risalgono le ricerche sul tema dei labirinti, seguite da quelle su trame e moirage.
Nel 1960 fonda il GRAV a Parigi assieme a Horacio Garcia Rossi, Julio Le Parc, Francois Morellet, Francisco Sobrino e Yvaral, e partecipa a tutte le attività espositive del gruppo, orientate all’intervento dello spettatore, direttamente interpellato all’interno di specifiche situazioni: il gioco (si ritrova la seduzione dell’atto gratuito caro ai surrealisti), l’ambiguità dell’oggetto determinata dal gioco di percorsi di specchi e dei labirinti.
Sono gli anni degli oggetti interattivi (giochi, macchine e sculture), delle ricerche sulla riflessione in prismi metallici e sulla polarizzazione cromatica in fasci di luce paralleli e delle "boîte lumière".
Crea gli effetti speciali per il film L’Enfer di H. G. Clouzot (1964), realizzati con J. P. Yvaral, e gli effetti speciali per il film La Prisonnière, sempre di H.G Clouzot (1967).
Poi è la volta dei disegni animati per il Centro Audiovisivo di Saint-Cloud: Achille et la Tortue (1968), illustrazione del paradosso di Zenone d’Elea, e la Guerre des Gaules(1967).
Nel 1968 inizia a lavorare con il raggio laser. Segue un'attività di ricerca e la realizzazione di proposte laser, in particolare: creazione di spazi laser a Sigma -Bordeaux (1969-1975), istallazione laser a Torino (1983), proposta per Electra - Parigi (1983), esposizione itinerante L’outil laser (1985). Del 1975 è La Divina Commedia di Dante: effetti laser luminosi su musiche di F. Bayle e B. Parmegiani a Sigma – Bordeaux.
La ricerca si espande ad altri vari settori: dal 1969 al 1992 è insegnante all’Unità Pedagogica di Architettura n°7 di Parigi – Tolbiac, Scuola di Belle Arti di Parigi; nel 1969 escono un film realizzato da Henri Vincent du Laurier sulle ricerche laser presso l’atelier Joël Stein a Parigi e il film L’Oreille Absolue realizzato dal regista P. Condroyer; crea le scenografie per l’Opéra Comique di Parigi con effetti laser, effetti speciali per film ORTF, film per l’Educazione nazionale sulle ricerche laser; tiene corsi alla Facoltà di Lettere di Vincennes a Parigi.
Negli anni '70 prosegue lo studio sulla serigrafia, sull'ambiguità della forma, sugli effetti laser.
Negli anni '80 invece indaga l'ambiguità di lettura, pieno e vuoto, opacità e trasparenza, ombre e luci.
Negli anni '90 il nuovo tema è l'ombra: l'ombra dei colori e i colori dell’ombra, l'ombra in movimento a partire da una luce mobile, il cammino della luce. Inizia anche le prime ricerche sulle figure virtuali, slittamenti e tagli, che saranno protagonisti degli anni 2000.
L'artista scompare nel luglio 2012.