Samuel Peter W. Riley wurde am 8. Januar 1980 in Leeds, England, geboren. Als Teenager sammelte er beim National Youth Theatre erste Bühnenerfahrungen, wollte zunächst aber Rockstar werden. So war er bis 2005 Frontmann der wenig erfolgreichen Rockband "10,000 Things"; parallel dazu übernahm er nur sehr vereinzelt Schauspielrollen. Nach Auflösung der Band im Jahr 2005 hielt er sich mit verschiedenen Jobs über Wasser.

2006 nahm Riley an einem Casting für Anton Corbijns Kinoproduktion "Control" teil, einer Filmbiografie über den Musiker Ian Curtis, Sänger der legendären Post-Punk-Band "Joy Division". Riley wurde schließlich in der Hauptrolle besetzt und erhielt für sein Verkörperung nicht nur hervorragende Kritiken, sondern auch einige Auszeichnungen, darunter den British Independent Film Award als "Most Promising Newcomer" und den Darstellerpreis beim Chicago International Film Festival. Seine Leinwandpartnerin in "Control" war die Schauspielerin Alexandra Maria Lara. Die beiden wurden auch privat ein Paar und heirateten 2009.

In den nächsten Jahren wirkte Sam Riley in einer Vielzahl von Kinofilmen mit. Zu seinen bekanntesten Arbeiten gehören der Thriller "Brighton Rock" (2010), die Jack-Kerouac-Adaption "On the Road" (US/FR/UK/CN/BR 2012), der Märchenfilm "Maleficent" ("Maleficent – Die dunkle Fee", 2014), die Horrorkomödie "Pride and Prejudice and Zombies" (Stolz und Vorurteil und Zombies", US/UK 2016) und der psychologische Horrorfilm "Firebrand" (UK 2023).

Riley wirkte im Lauf der Jahre auch in einigen deutschen und österreichischen Produktionen mit, manchmal an der Seite seiner Frau. Er hatte einen kleinen Auftritt als Wagenmeister in Detlev Bucks Komödie "Rubbeldiekatz" (2011), mit Lara in der Hauptrolle, und spielte in dem vielfach ausgezeichneten Alpenwestern "Das finstere Tal" (AT 2014) die Hauptrolle eines mysteriösen Fremden. In dem Kinderfilm "Robbi, Tobbi und das Fliewatüüt" (DE/BE 2016) bildete er zusammen mit Lara ein finsteres Agentenduo; in dem Kinderfilm "Alfons Zitterbacke – Endlich Klassenfahrt!" (2022) gab er den neuen Freund von Alfons' Mutter, ebenfalls gespielt von Lara.

2024 sah man Riley in der Titelrolle von Joachim Langs "Cranko", einer Filmbiografie über den berühmten Ballettchoreographen John Cranko. Vorher hatte er für Jan-Ole Gersters "Islands" vor der Kamera gestanden, der 2025 starten soll.