Stephanie Cayo es hija de Mario Alberto Cayo Quintana y Ana Cecilia Sanguineti Bernales. Estudió en Lima en el Colegio Fap José Quiñones de La Molina. Es hermana de Fiorella Cayo, Bárbara Cayo y Mario «Macs» Cayo.
Desde niña realizó sus primeras apariciones en spots publicitarios de televisión. A los 10 años de edad, debutó como actriz en la telenovela Travesuras del corazón.
Entre sus siguientes participantes en televisión —posterior a Travesuras del corazón— destacan las telenovelas María Emilia, querida y Estrellita. Cayo regresó a la televisión en 2004, para protagonizar Besos robados, telenovela juvenil con la que ganó fama internacional. En 2005 prestó su voz para la película animada Piratas en el Callao.
A los 17 años, Cayo estudió actuación en TVI Actors Studio de Nueva York y luego baile en el Broadway Dance Center. A su regreso, recibió propuestas para actuar en producciones colombianas, concretándose su participación en la telenovela colombo-estadounidense La marca del deseo, con Juan Alfonso Baptista.
Cayo grabó un episodio para la serie de FOX Tiempo Final. En 2010, participó como antagonista en Doña Bella de RCN Televisión y Telefutura.
En 2011 protagonizó junto al actor Juan Pablo Espinosa la telenovela El secretario de Caracol Televisión, trabajo por el cual fue premiada en 2012 con el Premio India Catalina a la Mejor Actriz Protagónica, Premio TVyNovelas a la Actriz Protagónica Favorita de Telenovela y otros importantes reconocimientos por el éxito de la novela. También lanzó su primer álbum musical Llegaré, producido por el colombiano José Gaviria.
En 2012 protagonizó el musical Chicago como Roxie Hart en el Royal Center de Bogotá, donde compartió roles con su co-protagonista de El secretario. Stephanie se convirtió en imagen de la tienda por departamento Ripley en Perú en febrero del mismo año.
Cayo protagoniza la serie La Hipocondríaca de Sony Pictures Television y Caracol Televisión junto a Ernesto Calzadilla en 2013.
En 2013 estudió actuación en la Escuela de Cine de Nueva York y con la directora Joan Scheckel en Los Ángeles.
En 2015 actúo en Club de Cuervos, serie conocida de Netflix. Es una comedia dramática, interpretando a Mary Luz, una joven ingenua pero sorprendentemente inteligente, quien dice estar embarazada del recién fallecido propietario del equipo de fútbol, permaneciendo completamente desprotegida por Isabel y Chava, los propietarios en función de lo más importante de la herencia familiar, que es el equipo de fútbol.
También lanzó su primer sencillo en inglés llamado Let Me Go, una colaboración con Sebastián Llosa, producido por Renzo Bravo y Raúl Chirinos. Grabado en Interscope estudios de Los Ángeles, California. La canción esta disponible en todo el mundo en plataformas como iTunes, Spotify y Youtube desde el 15 de abril de 2016.