Nato nel 1970 a Berlino, Stefan Heinemeyer ha studiato violoncello con Markus Nyikos all'Universität der Künste di Berlino e a Praga con Stanislas Apolin.

In seguito si è perfezionato seguendo master class con Heinrich Schiff, Arto Noras, Zara Nelsova e György Sebok. Nell'arco di poco tempo ha conquistato numerosi premi in competizioni internazionali. In qualità di solista, suona regolarmente con la Berliner Symphoniker, la Vogtlandphilharmonie e, come primo violoncello, con la Münchner Rundfunkorchester.

La sua passione è la musica da camera. Insieme ad Annette von Hehn e Thomas Hoppe, nel 2003, ha fondato il Trio Atos. Nel 2007, al quinto Concorso internazionale di musica da camera di Melbourne, il trio ha vinto tutti i premi assegnati da questo concorso. Il trio si è anche aggiudicato il primo premio e il premio "per la migliore interpretazione di un'opera di Schubert" al Concorso Schubert e a Graz.

Con l'Atos Trio è regolarmente invitato a prendere parte ai più rinomati festival europei e a suonare nelle sale da concerto più importanti del panorama (Wigmore Hall, Concertgebouw e Carnegie Hall). L'Atos Trio è stato "BBC Radio 3 New Generation Artist" per la stagione 2010/2011.