Stokes studierte in Edinburgh, kehrte für den Rest seines Lebens nach Dublin zurück. Er galt als einer der bedeutendsten Ärzte Großbritanniens als Praktiker, als Lehrer sowie auch aufgrund seiner Bücher, u. a. "Introduction to the Use of the Stethoscope" (1825), "A Treatise on the Diagnosis and Treatment of the Diseases of the Chest" (1837), "Diseases of the Heart and the Aorta" (1854) — ein Werk, das die klassische Beschreibung der Cheyne-Stokesschen Atmung enthält — und zahlreicher kürzerer Veröffentlichungen.

Im Jahre 1845 wurde er von der Königin zum Regius Professor of Medicine an der Universität Dublin ernannt, als Nachfolger seines Vaters Whitley Stokes. Seine Bücher waren nicht nur zusammenfassende Darstellungen, sondern zeichneten sich durch tiefgründige, auf eigenen Erfahrungen beruhende Gediegenheit aus.

Stokes interessierte sich sehr für irische Archäologie, Architektur und Künste und förderte das Studium dieser Gebiete.