Родился 17 декабря 1930 года в Тильзите, Восточная Пруссия (ныне - Советск
Калининградской области России) в многодетной семье банковского служащего.
В 1949 году в Берлине окончил консерваторию по специальности учитель музыки. С 1952
года играл на сцене берлинских театров. В 1960 году началась его карьера в кино:
после роли в фильме Франка Байера «
Пять патронных гильз» о Гражданской войне в Испании Мюллер-Шталь
встречался с Фиделем Кастро и Эрнесто Че Гевара. Стал лауреатом государственной
премии ГДР за исполнение роли офицера госбезопасности в фильме «Невидимое
забрало». В результате зрительских опросов 5 раз подряд был назван лучшим актером.
За время своей карьеры в ГДР сыграл более в чем 60 фильмах.
В 1976 году Армин Мюллер-Шталь подписал открытое письмо протеста против лишения
гражданства ГДР барда Вольфа Бирмана, после чего его всё реже стали снимать в
кино. В 1980 году эмигрировал в Западный Берлин.
На Западе он играл у известных режиссёров в картинах «
Лола» и «
Тоска Вероники Фосс» Райнера Вернера Фасбиндера, «
Любовь в Германии» Анджея Вайды, «Полковник Рёдль» Иштвана Сабо.
В конце 1980-х Мюллер-Шталь получил приглашение в Голливуд. За роль отца еврейского
семейства в картине Барри Левинсона «
Авалон» (1990) он был номинирован на
премию «Оскар». В 1991 году снимался в фильмах Стивена Содерберга «
Кафка» и Джима Джармуша «
Ночь на Земле», где он выступил в роли таксиста-эмигранта из Восточной
Германии. В 1996 году состоялся режиссёрский дебют Мюллер-Шталя - фильм «
Разговор с чудовищем».
Одни из его последних работ - «вор в законе» в фильме Дэвида Кроненберга «
Порок на
экспорт» (2007) и роль в российском военном сериале Александра Буравского «
Ленинград» о блокаде
Ленинграда.