Ο Στράτος Διονυσίου γεννήθηκε στις 8 Νοεμβρίου του 1935 στη Νιγρίτα Σερρών. Οι γονείς του Αγγελος και Στάσα ήταν πρόσφυγες από τη Μικρά Ασία. Ζώντας μέσα στην ανέχεια των καιρών, πάλευε για να επιβιώσει και το 1948, μετά την απώλεια του πατέρα του αποφασίζει να γράψει τη δική του ιστορία.
Είχε ήδη αφήσει ένα χρόνο νωρίτερα το χωριό του για να εγκατασταθεί μόνιμα στους Αμπελόκηπους της Θεσσαλονίκης όπου και συνάντησε τη σύντροφο και γυναίκα της ζωής του, Γεωργία Λαβένη. Το ζευγάρι απέκτησε τέσσερα παιδιά, τον Άγγελο, τον Στέλιο και τον Διαμαντή, που ακολούθησαν τα βήματα του πατέρα τους και την Τασούλα. Ράφτης, μικροπωλητής, εργάτης προτού κάνει την πρώτη του εμφάνιση στο νυχτερινό κέντρο Φαρίντα της Θεσσαλονίκης.
Στα τέλη της δεκαετίας του ‘50 αποφασίζει να κάνει το μεγάλο βήμα και να κατέβει στην Αθήνα, όπως και τόσοι άλλοι καλλιτέχνες από τη Θεσσαλονίκη. Συνεργάζεται αρχικά με την Καίτη Γκρέυ και το 1959 εμφανίζεται στη δισκογραφία με το τραγούδι του Σταύρου Χατζιδάκη και του Χρήστου Κολοκοτρώνη «Δεν είμαι ένοχος». Ο κόσμος άρχισε να τον γνωρίζει και οι δισκογραφικές εταιρείες δεν άργησαν να τον ανακαλύψουν. Υπογράφει συμβόλαιο με την «Κολούμπια» και κάνει τις πρώτες επιτυχίες του: «Δεν με πόνεσε κανείς» (διασκευή από ινδικό τραγούδι), «Στης Αγάπης μου το Δίσκο» ή «Ηλεκτρόφωνο» (μουσική και στίχοι Μπάμπη Μπακάλη), «Φύγε φύγε» (Στράτου Ατταλίδη / Κώστα Βίρβου) και άλλες.
Το 1967 είναι μια χρονιά σταθμός για την καριέρα του, καθώς γνωρίζεται με τον Άκη Πάνου, ο οποίος του γράφει μερικές από τις μεγάλες του επιτυχίες: Γιατί, καλέ γειτόνισσα, Φέρτε το παιδί του χάρου, Στο σταθμό του Μονάχου, Ήταν ψεύτικα, Μια γυναίκα, Ασ’ τη να φύγει κ.ά. Ο Μίμης Πλέσσας τον ανακαλύπτει, όταν τραγουδά στο κέντρο Σου-Μου της Ιεράς Οδού δίπλα στην Ανθούλα Αλιφραγκή και του δίνει να τραγουδήσει το «Βρέχει φωτιά στη στράτα μου» σε στίχους Λευτέρη Παπαδόπουλου, που έγραψε για την ταινία «Ορατότης μηδέν» με πρωταγωνιστή τον Νίκο Κούρκουλο. Το τραγούδι σημείωσε τεράστια επιτυχία πριν ακόμη βγει το φιλμ στους κινηματογράφους στις αρχές του 1970.
Στις 30 Μαΐου 1975 καταδικάσθηκε σε φυλάκιση 3 ετών κι εκτόπιση τριών ετών στα Γιάννινα για κατοχή ποσότητας ναρκωτικών (χασίς). Οδηγήθηκε στις φυλακές της Τίρυνθας, όπου παρέμεινε μέχρι το Πάσχα του 1976, οπότε αποφυλακίστηκε. Η καριέρα του, όμως, είχε πάρει την κατιούσα και το καλλιτεχνικό κύκλωμα τον είχε απορρίψει. Ο Στράτος τη χαρακτήρισε πλεκτάνη.
• Με τη βοήθεια του στενού του φίλου Τόλη Βοσκόπουλου, κατόρθωσε να σταθεί στα πόδια του και να επανέλθει με διαχρονικές επιτυχίες, όπως τα τραγούδια Τα πήρες όλα και Και λέγε λέγε των Θανάση Πολυκανδριώτη και Γιάννη Πάριου, Άκου, βρε φίλε των Τάκη Σούκα και Κώστα Κοφινιώτη, Ο Σαλονικιός και Με σκότωσε γιατί την αγαπούσα των Τάκη Σούκα και Κώστα Κοφινιώτη, Εγώ ο ξένος και Λέγε με παλιόπαιδο του Τάκη Μουσαφίρη.
Στις αρχές της δεκαετίας του ‘80 είχε μαζί του τη Χαρούλα Αλεξίου, η οποία έκανε τις δεύτερες φωνές. Ακολούθησε μια πολύχρονη συνεργασία με τη Μαρίνα Βλαχάκη και τα τελευταία δύο χρόνια της ζωής του πάνω στην πίστα δίπλα του ήταν η Κική Λουκά.
Το φαινόμενο Διονυσίου αξίζει ιδιαίτερη προσοχή. Η μεγάλη έκταση της φωνής του, η βραχνάδα του, η δυνατότητα αλλαγής έκφρασης και ύφους ανάλογα με το θέμα του τραγουδιού, ήταν κάτι το ανεπανάληπτο. Το χάρισμα που έκανε ιδιαίτερη εντύπωση στους δημιουργούς των τραγουδιών του Στράτου, ήτανε η ικανότητά του να ηχογραφεί ταχύτατα τα τραγούδια τους, με τον δικό του μοναδικό τρόπο.
Ξεκινούσε την ηχογράφηση το μεσημέρι και μέχρι το απόγευμα είχε τελειώσει όλον το δίσκο, με τα σιγόντα και την ερμηνεία του έτσι γεμάτη όπως ακούγεται στους δίσκους του! Ο Τάκης Σούκας, ο άνθρωπος που έχει γράψει τραγούδια για δεκάδες μεγάλους τραγουδιστές έχει δηλώσει «Ο Διονυσίου είναι ο μόνος τραγουδιστής που δεν έχασε ποτέ, ούτε για μια φορά στα τόσα χρόνια τον τόνο του!». Την στιβαρότητα της φωνής του μεταξύ άλλων έχει μνημονεύσει πολλές φορές και ο Λευτέρης Παπαδόπουλος.
Ο Στράτος Διονυσίου έφυγε το πρωινό της 11ης Μαΐου 1990 από ρήξη ανευρύσματος κοιλιακής αορτής αφήνοντας ένα μεγάλο κενό στο λαϊκό πεντάγραμμο, σε ηλικία μόλις 55 χρόνων. Η κηδεία του έγινε στο Α΄ Νεκροταφείο Αθηνών, όπου χιλιάδες Έλληνες απέδωσαν το θαυμασμό τους στον άνθρωπο που, μόλις λίγες ώρες πριν, τους διασκέδαζε στο ΣΤΡΑΤΟΣ, στην οδό Φιλελλήνων.
Όπως είχε υποσχεθεί ο Στράτος, θα τραγουδούσε μέχρι το τελευταίο του βράδυ. Πράγματι, λίγες ώρες πριν αφήσει την τελευταία του πνοή, τραγουδούσε στο μαγαζί «ΣΤΡΑΤΟΣ», ενώ νωρίτερα, το ίδιο απόγευμα, ηχογράφησε 9 τραγούδια για τον δίσκο Ποιος άλλος που κυκλοφόρησε ένα μήνα μετά τον θάνατό του, κάνοντας ρεκόρ πωλήσεων. Κατά τον Τάκη Μουσαφίρη, τον δημιουργό του δίσκου αυτού, το τελευταίο τραγούδι που ηχογράφησε εκείνη την ημέρα, ήταν το Μη μ’ αφήνεις μόνο μου.