Hijo de un miembro de la Armada Británica, Neill nació en 1947 en Irlanda del Norte. Poco después su família regresó a Nueva Zelanda, donde él se graduaría en Literatura Inglesa. Tras colaborar con diversas compañías teatrales, el intérprete trabajó durante seis años en la New Zealand National Film Unit, ejerciendo labores de guionista, realizador y montador.

Su primer film comercial fue Sleeping Dogs, en 1977, antes de trasladarse a Australia. Su actuación en la producción Mu Brilliant Career, de 1979 le hizo ser descubierto por el mítico James Mason, quien le consiguió el papel principal en El Final de Damien, tercera entrega de la serie La Profecía.

Instalado en Gran Bretaña y tras películas como Lobos Humanos, La Posesión o De un País Lejano, el actor alcanzó la popularidad gracias al personaje titular de la serie de televisión Reilly: the ace of the Spies. De nuevo en Australia, las películas Plenty, Un Grito en la Oscuridad, ambas junto a Meryl Streep, y Calma Total (secundando a Nicole Kidman) colocaron a Sam Neill en la rampa de salida de su carrera internacional.

Así, a lo largo de la década de los noventa, le hemos podido ver a medio camino entre el cine de autor como en Hasta el Fin del Mundo, de Wim Wenders, El Piano, de Jane Champion, y super-producciones hollywoodienses como La Caza del Octubre Rojo, de John McTiernan, Parque Jurásico, de Steven Spielberg, además de títulos como El Juego de la Venganza, Memorias de un Hombre Invisible, Sirenas, El Libro de la Selva, Restauración o En la Boca del Lobo.