Formé en 1984 à Helsinki autour de Tuomo Lassila (batterie et chant), John Vihervä (basse) et Staffan Strahlman (guitare), le groupe qui se nomme alors Black Water pratique une musique est fortement inspirée de Black Sabbath et Ozzy Osbourne. L'apport de la musique classique provient du guitariste, qui quitte pourtant la formation un an plus tard, suivi par Vihervä, remplacé par Jyrki Lentonen, du groupe Road Block.
Timo Tolkki, également membre de Road Block, est appelé à la rescousse par le batteur pour assurer le chant, a fortiori lorsqu'il entend parler de l'attrait du guitariste pour la musique classique et baroque. L'idée de mélanger guitares (Stratocaters) et violons (Stradivarius) est lancée et le groupe enregistre une première démo en 1987.
Stratovarius signe chez CBS Finlande et publie un premier single, « Future Shock/Witch Hunt », en 1988. Il est suivi par l'album Fright Night en 1989, dans lequel la plupart des compositions sont assurées par Timo Tolkki, que l'on retrouve également au chant. Mais les ventes décoivent la maison de disques et le groupe se retrouve sans label à l'heure d'enregistrer son second album. C'est finalement au Japon que la ferveur autour du groupe est la plus forte. Une tournée sur place en 1994 permet de confirmer cet enthousiasme après la sortie de l'album Stratovarius II (publié en 1992 et rebaptisé Twilight Time) et celle de leur troisième album Dreamscape (1993).
Puis Tolkki décide de laisser sa place de chanteur à un nouveau venu, Timo Kotipelto, pour se consacrer uniquement à la composition des chansons à partir du quatrième album Fourth Dimension. Leur speed metal et power metal symphonique recueille un succès modéré bien que constant jusqu'à la publication de Visions en avril 1997. Plus mélodique, il atteint cette année-là le top 10 finlandais (l'album se hisse même jusqu'à la cinquième place et reste classé 24 semaines). Une grande tournée mondiale s'ensuit comme en témoigne le double album live Visions of Europe (1998). Les deux albums suivants, Destiny et Infinite, sont certifiés disques d'or en Finlande.
Le diptyque, Elements Parts 1 & 2, albums sortis l'un après l'autre en 2003, abritent, de l'aveu des membres du groupe, les compositions les plus épiques et ambitieuses de leur carrière. L'album suivant, sobrement intitulé Stratovarius (2005), est marqué par le départ du bassiste Jari Kainulainen après plus de dix ans de collaboration. Le groupe qui n'en est pas à ses premiers remaniements traverse une crise plus grave encore. Ses deux leaders, Timo Tolkki et Timo Kotipelto, s'échappent l'un et l'autre dans des carrières solo. Le premier, pourtant compositeur majoritaire, doit même abandonner ses droits sur le répertoire de Stratovarius pour que les autres membres puissent publier Polaris en 2009.
L'année 2010 est marquée par l'enregistrement du treizième album de Stratovarius. Annoncé par l'EP Darkest Hours, paru fin novembre (avec les nouveautés « Darkest Hours » et « Infernal Maze »), l'album Elysium voit le jour le 10 janvier 2011 en version simple CD et digipak deluxe, ou double CD de collection comprenant neuf versions demos et le single inédit « Last Shore / Hallowed ». Parallèlement, la formation de Timo Kotipelto ouvre le 7 Sinners World Tour, une tournée mondiale avec le groupe Helloween.
Numéro un chez lui et toujours très populaire en Allemagne et au Japon, Stratovarius récompense ses fans en 2012 avec l'enregistrement en public Under Flaming Winter Skies - Live in Tampere. Après ce détour scénique, Stratovarius retourne en studio pour concocter son quatorzième album Nemesis (2013), garni de quelques expérimentations. En 2015, son successeur Eternal se décline en CD et DVD contenant des passages du groupe au festival japonais Loudblast.
