De vader van Sam Neill was een Nieuw-Zeelander die toen nog in dienst was van het Britse leger. Op achtjarige leeftijd keerde de ganse familie Neill terug naar hun roots - Nieuw-Zeeland dus - waar Sam later ook ging studeren aan de Universiteit van Canterbury. Dat was nochtans tegen de zin van zijn familie die had gehoopt dat de generatie van mensen in actieve militaire dienst zou kunnen verdergezet worden.

Na het afwerken van zijn studies ging Sam Neill aan de slag als toneelacteur, gevolgd door het zelf maken van documentaires in opdracht van de New Zealand national film Unit. Zijn langspeelfilmdebuut maakte Neill toen hij gevraagd werd door Roger Donaldson voor zijn debuutfilm Sleeping Dogs. Het was toen (einde de jaren '70) nog eerder uitzonderlijk dat films werden gemaakt in dat stukje van de wereld.

Zijn rol in Jurassic Park is allicht één van de gekendste voor de modale filmkijker, maar de 'kenner' zal zich vooral zijn rollen herinneren in Dead Calm (met Nicole Kidman) en Plenty met Meryl Streep. Plenty was overigens niet de enige film met Streep en Neill samen, ook A Cry in the Dark was er één waarin deze acteur en actrice ook al te zien waren, beide films trouwens geregisseerd door Fred Schepisi. Velen kennen Sam Neill ook van zijn rollen in My Brilliant Career met Judy Davis en The Piano van Jane Campion, een film die onder andere met de Gouden Palm bekroond werd in Cannes.

Sam Neill ontleende ook al zijn stem aan The Magic Pudding en stond ook al in voor de productie van twee televisiefilms, Stiff (waarin hij ook een rol vertolkte) en The Brush-Off, beide gebaseerd op de Murray Whelan reeks van auteur Shane Maloney.  Zijn werk voor televisie bracht hem tot hiertoe overigens al twee Golden Globe nominaties op. Zo kreeg hij voor zijn rol van het titelpersonage in de miniserie Merlin (1998) al een Golden Globe- én een Emmy-nominatie.
Ander televisie-werk van Sam Neill: zijn rol van Thomas Jefferson in de serie Sally Hemings: An American Scandal, Reilly, Ace of Spies, Kane and Abel, One Against the Wind en Amerika. Jessica en Doctor Zhivago waren twee miniseries waarin Sam Neill ook al in te zien was.  En - maar veel recenter dan - was Sam Neill natuurlijk ook te zien in de gekende serie van The Tudors.

Sam Neill is gehuwd met Noriko en leeft samen met zijn echtgenote en hun drie kinderen in Sidney.