En lo que va de corta carrera profesional hasta la fecha, Samuel ya ha trabajado con algunos de los más ilustres directores franceses tanto en teatro como en cine. Su preparación, obtenida en la Escuela de teatro Rue Blanche y en el Conservatorio nacional de arte dramático, le capacita para evolucionar con comodidad tanto en teatro clásico como contemporáneo, tanto en The Taming of the Shrew, de Shakespeare, como en A Street Named Desire, de Tennessee Williams. Entre 1995 y 1997, Samuel fue miembro de la prestigiosa compañía de teatro nacional francés La Comédie Française.

Su primer papel cinematográfico fue en el largometraje de Catherine Breillat Sale comme un ange (1991). El reconocimiento internacional le vino con su papel para Tres colores: rojo (Trois couleurs: Rouge, 1994), de Krysztof Kieslowski, trabajando luego con directores de primera línea como el oscarizado Régis Wargnier, en Los amores de una mujer francesa (Une femme française, 1995). En 1996, fue nominado al "César" al mejor actor debutante por su papel en Capitán Conan (Capitaine Conan, 1996), de Bertrand Tavernier. En 1998, Samuel consiguió el Premio Jean Gabin por su interpretación en Venus, salon de belleza (Vénus beauté -institut-, 1999), de Tonie Marshall, confirmándole como uno de los más solicitados actores protagonistas de su generación.