Начальное актерское образование он получил в школе, тогда же он решил связать свою жизнь с театром. Но после школы его не приняли ни в Лондонскую академию музыки и театрального искусства, ни в Королевскую академию театрального искусства.
Это немного охладило пыл юноши, и Райли увлекся музыкой. Несколько лет он выступал вместе с друзьями в составе группы «10 000 things». Группа была довольно известна в его родном Лиддсе.
Неудивительно, что и первая роль, после которой о Райли заговорили как об актере, была напрямую связана с музыкой. В 2007 году молодой британец сыграл в фильме Антона Корбайна «Контроль». Райли блестяще исполнил роль Йена Кертиса, лидера музыкальной панк-группы Joy Division, которая была популярна в 70-х годах. За эту работу Сэм получил приз за «Самый многообещающий дебют» на престижной премии British Independent Film Awards.
На съемках фильма «Контроль» Райли знакомится со своей будущей женой, актрисой Александрой-Марией Лара. В 2009 году они узаконили свои отношения, а в 2014 у них появился сын Бен.
В 2010 году Райли снимается в главной роли в фильме «13», американском ремейке одноименного французского хита. Компанию ему на съемках составили Микки Рурк и Джейсон Стэтхем. В этом же году актер участвует в фильме «Брайтонский леденец», где вместе с ним снимается Хелен Миррен.
В 2011 Райли играет в драме «На дороге» вместе с Кристен Стюарт и Кирнстен Данст. Несмотря на неоднозначные отзывы о фильме, «На дороге» был удостоен номинации за Лучшую режиссуру в Каннах.
Последние работы Райли - драма про вампиров «Византия» и диснеевская сказка «Малифисента», в которой его коллегой по съемочной площадке стала Анджелина Джоли.
В настоящее время Сэм Райли снимается в пародии на британскую классику «Гордость и предубеждение». Новый фильм, в котором обожаемого всеми женщинами мира мистера Дарси сыграет Сэм Райли, будет называться «Гордость и предубеждение и Зомби», и он выйдет на экраны в 2015 году.
