Swoją przygodę z aktorstwem rozpoczął w 1950 roku od występu w filmie „Pierwszy start” Leonarda Buczkowskiego. Zagrał tam epizodyczną rolę – junaka Franka Mazura - to jednak wystarczyło, żeby aktorstwem zająć się na poważnie.

20 grudnia 1652 roku zadebiutował w teatrze. W 1953 roku zdał egzamin eksternistyczny z aktorstwa i przeniósł się do Lublina, by występować w tamtejszym Teatrze im. Osterwy. Grał tam do 1964 roku, po czym przeprowadził się do Warszawy, gdzie był zaangażowany w Teatrze Powszechnym (1964-66), Teatrze Ludowym (1966-69), a następnie w Teatrze Polskim (1969-83). W latach 1983-88 był aktorem Teatru Narodowego. W latach 1988-90 pełnił funkcję dyrektora Ośrodka Informacji i Kultury Polskiej w Moskwie.

Równolegle z karierą teatralną rozwijała się jego kariera filmowa. W 1955 roku pojawił się w filmie wojennym „Godziny nadziei” Stanisława Barei i Jana Rybkowskiego (po raz pierwszy zagrał tam żołnierza SS). Następnie pojawił się jako Blondyn w „Cieniu” (1956) Jerzego Kawalerowicza. W debiucie filmowym Tadeusza Chmielewskiego („Jak rozpętałem II wojnę światową”, „Gdzie jest generał”, „Nie lubię poniedziałku”) „Ewa chce spać” (1957) zagrał policjanta. Później pojawił się jeszcze jako Smukły w „Kanale” (1957) Andrzeja Wajdy, zastępca dowódcy oddziału AK w „Barwach walki” (1964) oraz Kapitan Sowiński w „Skąpanych w ogniu” oba filmy wyreżyserował Jerzy Passendorfer. W „Popiołach” (1965) Andrzeja Wajdy zagrał żołnierza.

W 1968 roku premierę miał kultowy serial „Stawka większa niż życie” Andrzeja Konica i Janusza Morgensterna. Stanisław Mikulski grał w nim główną rolę – Hansa Klossa, a właściwie Polaka Stanisława Kolickiego, który od 1941 roku do końca wojny podszywa się pod oficera niemieckiego Hansa Klossa i zdobywa cenne dla wywiadu radzieckiego informacje. Mikulski zdobył tą rolą gigantyczną popularność – przez kilka lat z rzędu był najpopularniejszym aktorem według plebiscytu „Expressu Wieczornego”, otrzymał także Nagrodę Ministra Obrony Narodowej I stopnia (1968), Nagrodę telewizji NRD (1970), Nagrodę Miasta Stołecznego Warszawy (1970), „Złoty Kwiat Pragi” (1972) oraz Krzyż Oficerski Orderu Odrodzenia Polski z okazji 30-lecia kinematografii w Polsce Ludowej (1975) i wiele innych.

Później wystąpił jeszcze w wielu filmach, z czego wspomnieć należy: serialową adaptację książki Zbigniewa Nienackiego „Samochodzik i Templariusze” (1971) Huberta Drapella, gdzie wystąpił jako pan Tomasz, właściciel niesamowitego Samochodzika; psychologiczne „Opętanie”(1972) Stanisława Lenartowicza zagrał Karola, a w serialu „Polskie drogi”(1976) Krzysztofa Prymka i Janusza Morgensterna pojawił się jako kapitan Rogalski. W 1977 roku zagrał w serialu dla dzieci „Dziewczyna i chłopak”, nakręconego na podstawie książki Hanny Ożogowskiej. Film wyreżyserował Stanisław Loth. Mikulski zagrał w nim ojca głównych bohaterów – bliźniąt Tomka i Toli. W 1980 roku nakręcono film kinowy o tym samym tytule i z tą samą obsadą.

Rok 1979 upłynął Mikulskiemu głównie pod znakiem Enigmy, zagrał bowiem w tym roku w aż dwóch filmach opowiadających o złamaniu kodu tej maszyny szyfrującej przez polskich naukowców. Pierwszym filmem był film „Sekret Enigmy” a drugim serial „Tajemnica Enigmy” oba wyreżyserował Roman Wionczyk.

W 1981 roku pojawił się jako Wujek Dobra Rada w kultowym „Misiu” Stanisława Barei, a w 1983 roku zagrał ambasadora Polski w Wielkiej Brytanii Edwarda Raczyńskiego w historycznej „Katastrofie w Gibraltarze” Bohdana Poręby. W 2000 roku wziął udział w koprodukcji Polsko – Rosyjsko – Niemiecko – Grecko – Francusko – Duńskiej „Całe zdanie nieboszczyka” Igora Maslennikova, luźnej adaptacji powieści Joanny Chmielewskiej. Wcielił się tam w rolę pułkownika Jedliny.

Pojawia się również w polskich telenowelach m.in. w „Samo życie”(2002-2007), „Klinika samotnych serc”(2005) oraz „Na dobre i na złe”(2005). A w serialu „Kryminalni”(2004-2007) gra ojca komisarza Adama Zawady.

Filmografia Stanisława Mikulskiego jest bogata, jednak żaden film nie powtórzył sukcesu „Stawki większej niż życie” i to właśnie z rolą Hansa Klossa Mikulski jest wciąż najbardziej kojarzony.

Jest mężem Ewy Mikulskiej. Mają syna Piotra.