Stearns era hijo de Edward Ray y Eliza Tyler Barker Stearns de Weld, Maine . De joven, trabajó en una granja. Estudió telegrafía en Newburyport, Massachusetts , donde se convirtió en gerente de la oficina. De 1855 a 1869, fue superintendente de Fire Alarm Telegraph Company de Boston, Massachusetts y fue el primero en obtener patentes sobre el uso de corrientes inversas en relación con el sistema de señales de alarma contra incendios .
Fue presidente de Franklin Telegraph Co., de 1869 a 1871, tiempo durante el cual inventó el primer sistema práctico de telegrafía dúplex que se aplicó con éxito a las líneas inglesa, francesa y belga. Dos años más tarde, este sistema se utilizó para los cables del Atlántico . Vendió los derechos de sus patentes dúplex a Western Union Telegraph and Cable Companies, recibiendo grandes regalías por el uso de sus invenciones de los gobiernos de Inglaterra , Francia , Italia , España , Bélgica , Rusia e India , y varios cables submarinos.compañías. De 1879 a 1880, fue contratado como ingeniero por la Compañía Mexicana de Telégrafos para fabricar, tender y poner en funcionamiento los cables de esa empresa entre Galveston, Texas y Veracruz , México . En 1881, realizó un servicio similar para la Central and South American Telegraph Company, cuyos cables se extendían desde el istmo de Tehuantepec en México hasta el Callao , Perú , en total entre 4.000 y 5.000 millas. Este trabajo lo completó en 1882.
Se retiró del negocio activo en 1885 y se estableció en Camden, Maine . Allí tenía una biblioteca de 10,000 volúmenes y una colección de cerámica de la provincia de Chiriquí , que se exhibió en el Instituto Smithsonian en Washington, DC . También tenía una colección de marfiles tallados que se exhibió en el Museo Metropolitano de Arte de la ciudad de Nueva York . Murió en Camden.
Tuvo ocho hijos. Se casó el 8 de enero de 1853 con Lois M. Brooks de Putney, Vermont (nacida el 4 de junio de 1827; murió el 29 de julio de 1861 en el sur de Boston), luego se casó con Frances Amanda Edmonds de Portsmouth, New Hampshire (nacida el 16 de enero de , 1838) el 6 de junio de 1866.
En 1872, el Instituto Americano de Nueva York le otorgó la Gran Medalla de Honor por la invención del telégrafo dúplex.