В четыре года он самостоятельно научился читать и писать и развлекался тем, что в письмах к отцу расписывал свои приключения в… деревенском туалете. Потом была учеба во 2-й мужской гимназии, окончание которой в 1939 году совпало с присоединением Западной Украины к СССР. Станислав в тот же год поступил во Львовский медицинский институт. «Попал я туда окольной дорогой, потому как сперва сдавал экзамен на политехнику, которую считал намного более интересной. Экзамен сдал успешно, но, поскольку я был представителем “неправильного социального класса” (отец – зажиточный ларинголог, то есть буржуа), меня не приняли… Отец использовал свои связи, и с помощью профессора Парнаса, известного биохимика, меня пристроили изучать медицину, без малейшего энтузиазма с моей стороны». Лем успел проучиться всего два года и был вынужден прервать обучение в связи с началом Великой Отечественной войны. В годы немецкой оккупации он работал помощником механика и сварщиком в гаражах германской фирмы, занимавшейся переработкой сырья. По окончании войны Станислав вместе с семьей был репатриирован в Польшу (1946). О том времени у Лема остались тяжелые воспоминания: «Я был выброшен, иначе нельзя сказать, из Львова, это теперь Украина. В чувственном отношении я думаю, что Украина украла один из наших прекрасных городов. Ну что поделаешь, не могу же я внезапно отменить то, что я там родился и прожил 25 лет. Но я также понимаю, что того Львова, в котором я жил, уже не существует и что это теперь действительно украинский город. Мне русские в Москве несколько раз предлагали: “Может, вы хотите поехать во Львов? Пожалуйста”. Я всегда отказывался, это как бы если я любил какую-то женщину, а она ушла с кем-то, мне неизвестным. Зачем я буду выяснять, что с ней теперь? Не хочу знать, и все».
Станислав мог и не продолжать учебу в институте – он достаточно много зарабатывал, работая сварщиком. Но так как даже мысль о том, что сын мог бросить обучение, сильно огорчала отца, он не решился на это. Медицинское образование Лем получил, окончив медицинский факультет Ягеллонского университета в Кракове. В период с 1948 по 1950 год он работал младшим ассистентом в одной из клиник, возглавляемой Мичеславом Чойновским. По признанию Лема, этот человек сильно повлиял на его общее и интеллектуальное развитие. В результате чего Станислав получил только сертификат о завершении медицинского образования, но отказался сдавать последние экзамены, чтобы избежать карьеры военного врача: «Армия забрала всех моих друзей, причем не на год или на два, они остались там навсегда…»
Постепенно медицина была вытеснена из жизни Лема литературной деятельностью. Как писатель он дебютировал в 1946 году рассказами «Чужой» и «История одного открытия», а также романом «Человек с Марса». Стихотворения и рассказы Станислава печатались в различных периодических изданиях, а он в 1948 г. начал работать над романом «Госпиталь Трансфигурации», который не пропустила коммунистическая цензура. «…Каждые несколько недель ездил ночным поездом в Варшаву, – вспоминает Лем. – Я брал самые дешевые билеты, потому что был тогда слишком беден. Там, в Варшаве, я вел бесконечные дискуссии в издательстве “Ksiazka i Wiedza”. Эти ребята подвергали чудовищным истязаниям мой “Госпиталь Трансфигурации”, количество критических рецензий росло не по дням, а по часам, и в каждой из них роман называли декадентским и контрреволюционным. Мне указывали, что и как надо переделывать… Надежда, что роман все-таки опубликуют, продолжала тлеть, потому я старательно писал и переделывал… Поскольку “Госпиталь Трансфигурации” считался неправильным с “идеологической точки зрения”, я обязался написать в будущем дополнительные эпизоды, чтобы достичь “композиционного баланса”».
Все изменилось в 1950 году после знакомства Лема с представителем издательства «Czytelnik» Жерзи Пански, который, посетовав на практически полное отсутствие польской научной фантастики, предложил Станиславу написать фантастический роман. «Даже не представляя, о чем будет моя книга, я написал название “Астронавты” и в кратчайшие сроки написал свою первую книгу, которая была без промедления опубликована» (1951). Роман, посвященный первому космическому полету на Венеру, агрессивные обитатели которой сначала предприняли неудачную попытку вторжения на Землю, а затем самоистребились в ядерной войне, оставив после себя бессмысленно функционирующую «автоматическую цивилизацию», был экранизирован и принес Лему известность. Несмотря на некоторый схематизм и перегруженность научными «обоснованиями», роман сыграл заметную роль в развитии национальной фантастики.