Ukończył studia na Uniwersytecie w Oregonie. Zadebiutował w 1969 roku niewielką rolą gracza w karty w słynnym westernie "Butch Cassidy i Sundance Kid" w reżyserii George'a Roya Hilla. Wkrótce - na jeden sezon - wcielił się w postać Dr Douga Langa w telewizyjnym serialu "Mission: Impossible". Do 1976 roku większość propozycji aktor otrzymywał z telewizji. Przełomem stał się udział w "Lifeguard" - filmie wyreżyserowanym przez Daniela Petrie. Trzy lata później na planie "Dziedzictwa" ("The Legacy") - horroru Richarda Marquanda, Elliott poznał swoją przyszłą żonę aktorkę Katherine Ross. Wspólnie zagrali również w 1991 r. w telewizyjnym westernie zatytułowanym "Conagher" i miniserialu "Morderstwo w Teksasie".

Rozgłos przyniosła aktorowi rola w filmie "Maska" Petera Bogdanowicha (1985). Elliott wcielił się tu w postać Gara - ukochanego Rusty Dennis (w tej roli Cher), która opiekuje się cierpiącym na chorobę kości synem.

Sam Elliott kojarzony jest jednak przede wszystkim z rolami westernowymi. Od debiutu w 1969 roku, zagrał w telewizyjnych westernach: "Huston", "Legenda Teksasu", "Szybki i martwy". Na dużym ekranie pojawił się w "Gettysburgu" Ronalda Maxwella i "Tombstone" George'a P. Cosmatosa (oba filmy z 1993).

W 1989 roku zagrał postać Wade'a Garretta w "Wykidajle" Rowdy'ego Herringtona. Partnerował wówczas obsadzonemu w głównej roli Patrickowi Swayze. Pojawił się również w nakręconym w 1998 roku filmie braci Cohen "Big Lebowski".

Od 1984 roku Sam Elliott jest mężem wspomnianej już aktorki Katherine Ross. Wspólnie wychowują córkę.