Według piosenkarki kompozycja podnosi na duchu i doprowadziło to do tego, że nazwała swój piąty album studyjny tytułem Stronger. W wywiadzie dla Digital Spy, Kelly stwierdziła, że utwór jest jedną z jej ulubionych piosenek z nowego albumu, a każdy lubi przesłanie „Co Cię nie zabije to cię wzmocni”. Dodała też, że tekst utworu autentycznie przedstawia jej życie.
Kompozycja „Stronger (What Doesn’t Kill You)” jest pop-rockowym utworem trwającym trzy minuty i czterdzieści jeden sekund. Z nut opublikowanych przez Alfred Music Publishing, wynika że utwór ma szybkie tempo, 116. uderzeń na minutę. Utrzymany jest w tonacji a-moll, a wynika to z postępu akordów (Am–F–C-G/B) kiedy wokal Kelly ma rozpiętość dwóch oktaw. Utwór zaczyna się od synth riffu gitary gdy piosenkarka śpiewa pierwszy wers „You know the bed feels warmer / Sleeping here alone”. Jason Lipshutz, recenzent z magazynu Billboard, stwierdził, że riff gitarowy przypomina „Since U Been Gone”, singel Kelly z 2004 roku. Przejścia następnych wersów są w żywym rytmie z użyciem syntezatora i gitar elektrycznych. W refrenie, kiedy piosenkarka śpiewa: „What doesn’t kill you makes you stronger / Stand a little taller / Doesn’t mean I’m lonely when I’m alone” utwór zamienia się w dance-popową kompozycję z perkusją i gitarami elektronicznymi.