Era el hermano del destacado físico Aleksandr Stoletov.
Stoletov se graduó en la Academia del Estado Mayor General en 1859.
Durante este conflicto comandó las fuerzas rusas y búlgaras en la 2.ª batalla del paso de Shipka.
Tras el fin de la guerra ruso-turca Stoletov fue nombrado Teniente General y designado comandante del Distrito Militar de Turkestán y participó en una misión diplomática a Afganistán.
Se retiró en 1898 y murió en Tsarskoye Selo.