Der Steckbrief von Sam Riley beginnt in Leeds, wo der spätere Schauspieler als Sohn eines Handelsvertreters für Textilwaren und einer Kindergärtnerin geboren wird. Er besucht das Privatinternat in Uppingham und tourt parallel dazu mit seinen Bands "10.000 Things" und "Horned Owls" durch seine britische Heimat. Für die Schauspielerei interessiert sich Riley nach einem Sommerurlaub mit dem "National Youth Theatre", danach fängt er an, sich auf seine Schauspielkarriere zu konzentrieren.
Bevor Sam Riley jedoch als Schauspieler durchstartet, muss er zunächst mehrere Tiefschläge verkraften: An der "London Academy of Music ans Dramtic Art" und an der "Royal Academy of Dramatic Art" wird als zu jung und unerfahren abgewiesen. Als sich schließlich auch noch seine Band auflöst, jobbt Riley in Pubs und Warenhäuser. Nach diversen kleinen Auftritten in Serien wie "Criminal Intent" und "Law & Order" schafft der Brite schließlich seinen Durchbruch: 2007 ergattert er die Hauptrolle in dem Biopic "Control" über den "Joy Division"-Frontmann Ian Curtis. Diese Rolle bringt ihm diverse Filmpreise ein, neben dem "Empire Award" und dem "British Independent Film Award" folgt auch der "London Critics Circle Film Award".
Von da an ist Sam Riley in diversen Hauptrollen zu sehen: "Franklyn – Die Wahrheit trägt viele Masken" oder "Brighton Rock" zählen unter anderem dazu. In dem Film "On The Road" spielt er eine Hauptrolle neben Kristen Stewart. Auch privat läuft es für den Schauspieler gut: Bei den Dreharbeiten zu "Control" verliebt er sich in Alexandra Maria Lara, die er im August 2009 heiratet. 2013 gibt das Paar bekannt, dass es ein Baby erwartet.