Alto, magro e dalla voce profonda, Sam Elliot è stato uno dei caratteristi più noti del genere western.

Da Sacramento a Los Angeles inseguendo il cinema
Nasce a Sacramento, da una madre insegnante di educazione fisica e un padre che lavorava al Ministero dell'Interno. Interrotti gli studi universitari Sam si trasferisce a Los Angeles seguendo la sua passione per il cinema e la recitazione. Del 1969 il debutto sul grande schermo, una piccola parte in Butch Cassidy ottenuta grazie a un provino di successo alla 20th Century Fox. Verrà dunque contattato dalla Paramount che gli propone un contratto per la serie della CBS, Missione: Impossibile. Si dovrà però aspettare il 1976 e il suo ruolo ne Il bagnino perché Elliot acquisti una certa notorietà critica. Nel 1979 sul set del thriller di Richard Marquand, Il testamento conosce la futura moglie Katherine Ross, intraprendendo una collaborazione che avrà numerose repliche in futuro.

Numerosi ruoli nel genere che farà la sua fortuna: il western
Appare poi in western che marcheranno la sua figura, costituita dagli immancabili mustacchi e la lunga ombra a cavallo: è accanto a Tom Selleck nei televisivi L'avventura dei Sackett (1979) e Ombre a cavallo (1982). Altre pellicole di minore spessore, ambientate nel selvaggio west, avevano d'altronde marcato la sua filmografia, da Ovest selvaggio (1980) a Assassinio nel Texas (1981). La sua comparsa nella serie tv Yellow Rose contribuirà ad allentarne la fama per un periodo, la soap opera infatti non regge il confronto con la rivale Dallas. Nel 1985 riappare come il fidanzato di Cher in Dietro la maschera, mentre sarà nella serie The Blue Lighting - Sulle tracce della pietra blu. Gli inconfondibili mustacchi riappaiono in Vivo o morto (1987) western stereotipato, mentre in Fatal Beauty (1989) recita accanto alla poliziotta Whoopi Goldberg. Avrà un ruolo di un certo spessore in La renna (1989) di John Hancock, mentre sarà il generale John Buford in Gettysburg e nel seguito Tombstone (1993). Nella serie Buffalo Girls (1995) riappare invece in panni a lui più congeniali, a cavallo nel far west, ruolo che gli varrà una nomination agli Emmy e ai Golden Globe.

Distacco dal caratterista western per esplorare nuove terre
Intorno al nuovo millennio la rotta di Elliot sembra deviare, passando dal classico caratterista western a ruoli in film più impegnati. Nel 1997 è ne Il grande Lebowsky dei fratelli Coen, nel 1998 in The Hi-Lo Country di Stephen Frears e nel 2000 ancora nel televisivo A prova di errore sempre di Frears. Appare poi in The contender (2000), pellicola politica di Rod Lurie ma anche nel Hulk (2002) di Ang Lee, tratto dal fumetto, e nel dramma ambientato in Vietnam di Mel Gibson, We were soldiers (2002). Torna a qualche reminescenza del vecchio west nel ruolo che ottiene per il film polemico contro le lobby del tabacco di Jason Reitman, Thank you for smoking (2005), regista col quale tornerà a lavorare quattro anni dopo nella riuscita commedia con protagonista George Clooney, Tra le nuvole. Nel 2007, dopo essere apparso nell'action movie Ghost Rider al fianco di Nicolas Cage, è nel fantasy La bussola d'oro di Chris Weitz, dove interpreta Lee Scoresby. Nel 2010 lo ritroviamo nella commedia romantica di Marc Lawrence, Che fine hanno fatto i Morgan?, che ha nel cast Hugh Grant e Sarah Jessica Parker.
La sua vita privata è stabile: fa infatti coppia fissa dal 1978 con l'attrice Katharine Ross. I due si sposano nel 1984 e nel settembre dello stesso anno nasce la loro figlia, Cleo Rose.