Na svet prišiel 14. septembra 1947 v severoírskom mestečku Omagh. Keď mal sedem rokov, rodina sa presťahovala na Nový Zéland. Neill tam navštevoval chlapčenskú školu, kde sa musel vyrovnávať s dvoma hendikepmi – poruchou reči a "nevhodným“ menom.
Volal sa totiž Nigel John Dermot Neill, čo sa mu nepáčilo, a tak sa začal predstavovať ako Sam. Zároveň bojoval s hanblivosťou. Keďže mal problémy so zajakaním, bál sa rozprávať. Ako priznal, práve to bola jeho herecká škola – pretvarovať sa, aby sa mu neposmievali.
Na univerzite, kde vyštudoval anglickú literatúru, ho nadchli Shakespearove hry, preto sa pripojil k zájazdovému divadlu. Pôsobil aj ako režisér, strihač a scenárista pre televíziu, až kým to v roku 1975 neskúsil aj pred kamerou. Vďaka trileru Sleeping Dogs (1977) si ho všimli filmári z Austrálie, kde sa rozbehla jeho herecká kariéra.
Čítajte viac Filmové premiéry: Dinosaury sú znovu späť, láska jedine bez bariér!
V roku 1981 si prvý raz zahral v americkom filme – v horore Omen 3: Posledné stretnutie, čo mu otvorilo dvere do Hollywoodu. Bol tiež horúcim kandidátom na rolu Jamesa Bonda po tom, čo s ňou skončil Roger Moore, no nakoniec ju získal Timothy Dalton. Neill sa presadil ako výrazný charakterový herec. Trikrát ho nominovali na Zlatý glóbus a dva razy na televíznu cenu Emmy.
Z viac ako sto filmov, v ktorých hral, možno uviesť snímky Posadnutosť (1981), Výkrik do tmy (1988), Úplné bezvetrie (1989), Honba na ponorku (1990), Neviditeľný na úteku (1992), Piano (1993), Jurský park (1993), Čas zmyselnosti (1995), Chladnokrvne (1996), Horizont udalosti (1997), Zaklínač koní (1998), Merlin (1998), Farba kože (2008) či Svitanie (2009). Účinkoval i v niekoľkých seriáloch a v roku 2004 si vyskúšal réžiu v komédii Posledný ťah štetcom.
Z dvoch rozvedených manželstiev má dve deti. Od britskej kráľovnej dostal šľachtický titul sir, angažuje sa v charite a politike, bojuje za ochranu prírody. Väčšinu času trávi na Novom Zélande, kde vlastní farmu a vinársky podnik. Chová tiež veľa zvierat, ktorým dáva mená po kolegoch. Jedna sliepka sa napríklad volá Meryl Streep, ovca Susan Sarandon a krava Laura Dern.
