Sam étudie la comédie à Glasgow à la Royal Scottish Academy of Music and Drama. En 2003, il est nommé dans la catégorie du meilleur espoir masculin aux Laurence Olivier Awards, pour la pièce "Outlying Islands". Sa reconnaissance théâtrale lui permet de décrocher son premier rôle à la télévision dans la mini-série britannique Island at War, qui plonge le spectateur en pleine Seconde Guerre mondiale. Il y interprète un soldat devant collecter des informations sur les installations militaires allemandes.

Sa carrière artistique est alors lancée. On le retrouve ainsi dans le feuilleton écossais River City, dans la peau d’un garçon issu d’une famille aisée qui rêve d’avoir le monde à ses pieds. En 2007, le jeune comédien participe à une enquête de l’Inspecteur Barnaby et enchaîne aussitôt avec le drame Party Animals, aux côtés de Matt Smith (Doctor Who). Ayant déjà travaillé sur une série policière, il rejoint l’équipe de Rebus, le show de la BBC avec Ken Stott (la trilogie Le Hobbit).

Mais c’est en 2009 que le comédien parvient à se faire davantage connaître, lorsqu’il décroche le rôle de Scott Neilson, le petit ami de l’infirmière Cherry Malone dans Doctors, qui s’avère être - en réalité - un trafiquant de drogue. Sa prestation lui vaut le prix du "méchant de l’année" lors d’une cérémonie britannique qui récompense les meilleurs soaps. Sur Spitfire, un téléfilm de guerre dans lequel il tient la tête d’affiche, il donne la réplique à Gary Lewis, qu’il croisera plus tard dans la série Outlander.

La même année, il joue dans deux autres productions complètement opposées, dont Any Human Heart, qui narre la vie passionnante d’un écrivain qui a rencontré les plus grands auteurs, tels qu’Ernest Hemingway et Ian Fleming. L’artiste emprunte un nouveau chemin lorsqu’il se glisse dans la peau d’Alexandre le Grand pour le film d’aventure Young Alexander the Great. Ses débuts cinématographiques lui permettent de multiplier les facettes de sa personnalité au travers de rôles toujours plus éclectiques.

Dans le psychologique Emulsion, il joue un mari déterminé à retrouver sa femme disparue dans des circonstances mystérieuses, ce qui l’amène en 2011 à dévoiler son côté romantique pour Il était une fois à Castlebury, dans lequel il interprète un Prince plutôt galant. Après une petite parenthèse théâtrale durant laquelle il joue Bruce Wayne pour la tournée internationale du show "Batman Live", Heughan revient au cinéma en 2014 dans le road-movie Heart of Lightness.

Il retrouve par la suite Gary Lewis, son partenaire de First Light, dans la nouvelle série de la chaîne Starz Outlander, adaptée des romans de Diana Gabaldon. Le comédien y campe un jeune homme courageux au passé compliqué, qui tente par tous les moyens de sauver une infirmière anglaise du 20ème siècle téléportée accidentellement dans l’Ecosse du 18ème siècle et soupçonnée d’espionnage. La série connaît un succès important et dure jusqu'en 2022 (elle comprend pas moins de six saisons).

En parallèle, Sam trouve de solides rôles dans les films L'Espion qui m'a larguée, Bloodshot et SAS: Red Notice. En 2023, il joue l'un des deux personnages principaux de la comédie romantique Love Again : un peu, beaucoup, passionnément, adaptée du roman de Sofie Cramer Coup de foudre par SMS. Dans ce long métrage de Jim Strouse, une certaine Céline Dion y incarne son propre rôle et cherche à venir en aide au personnage de Heughan, amoureux d'une certaine Mira (Priyanka Chopra Jonas).

Stéphane Villeneuve