Окончила женскую гимназию в Либаве (1888—95), медицинский факультет Женевского университета (1898—1903; Швейцария). Доктор медицины (1903; диссертация «Contribution à l’étude physiologique des contractians de l’Uretère»). С 1904, по приглашению Ж.-Л. Прево, ассистент на кафедре физиологии Женевского университета. Приват-доцент там же (1906). Профессор (1917), первая женщина — профессор Женевского университета. Возглавила вновь созданную на медицинском факультете кафедру физиологической химии. В 1924 по приглашению академика А.Н. Баха возглавила кафедру физиологии во 2-м Московском университете. В СССР постоянно жила с марта 1925. Организовала и возглавила отдел биохимии в Институте инфекционных болезней им. И.И. Мечникова, а также в Медико-биологическом институте (1926). Директор Института физиологии Наркомпроса РСФСР с 1929. Первая женщина — действительный член АН СССР (1939; по Отделению физиологии). Лауреат Сталинской премии за работы по гематоэнцефалическому барьеру (1943). Действительный член Академии медицинских наук СССР (1944). В 1942—48 член Еврейского антифашистского комитета. 28 января 1949 арестована по «делу Еврейского антифашистского комитета». В июле 1952 осуждена на 3, 5 года лишения свободы и к последующей ссылке на 5 лет. Исключена из состава АН СССР. В 1952—53 находилась в ссылке в Казахстане (г. Джамбул). В мае 1953 освобождена. 1 сентября 1953 восстановлена в АН СССР. В 1954—68 возглавляла отдел физиологии в Институте биофизики АН СССР. Основные исследования посвящены изучению тканевого дыхания, влияния различных химических веществ на организм животных при введении их непосредственно в головной мозг и кровь, барьерных функций организма, в т. ч. гематоэнцефалического барьера. Автор более 400 научных работ, опубликованных на французском, немецком, русском языках.

Похоронена на Новодевичьем кладбище в Москве.

Библ.: Лина Соломоновна Штерн. М., 1960.

Соч.: Гематоэнцефалический барьер: Сборник работ Л.С. Штерн и сотрудников. М.; Л., 1935; Непосредственная питательная среда органов и тканей: Избр. труды. М., 1960.

Лит.: Росин Я.А., Малкин В.Б. Лина Соломоновна Штерн. 1787—1968. М., 1987; Малкин В.Б. Трудные годы Лины Штерн // Трагические судьбы: репрессированные ученые Академии наук СССР. М., 1995. С. 156—181; Григорьян Н.А. Первая женщина-академик: К 125-летию со дня рождения Л.С. Штерн // Вестник РАН. 2003. № 8. С. 735—738; Российское научное зарубежье: Материалы для биобиблиографического словаря. Пилотный вып. 6: Естественные науки. XIX — первая половина ХХ в. / Сост. М.Ю. Сорокина. М., 2011. С. 338—339 (авт. О.А. Валькова); Российское научное зарубежье: Биобиблиографический справочник / Сост. М.Ю. Сорокина. М., 2011. С. 665—666 (авт. О.А. Валькова); Morsier G., Monnier N. La vie et loevre de Frederic Batelli: L’ecole genevoise de physiologie, 1899—1941: (J. Prevost, F. Batelli, L.S. Stern). Basel, Stuttgart, 1977; Dreifuss J.-J., Tikhonov N. Une étoile à La Belle Epoque: Lina Stern, professeur à Genève // Revue médicale Suisse. 2007. 10 octobre; Wiesendanger M. Constantin von Monakow (1853—1930) and Lina Stern (1878—1968): Early explorations of the plexus choroideus and the blood-brain-barrie // Schweizer Archiv für Neurologie und Psychiatrie. 2010; 161 (4): 140—144.