Sewall blev født i Bishopstoke, Hampshire, England, den 28. marts 1652 som søn af Henry og Jane (Dummer) Sewall. Hans far, søn af borgmesteren i Coventry, var kommet til den engelske nordamerikanske Massachusetts Bay-koloni i 1635, hvor han giftede sig med Sewalls mor og vendte tilbage til England i 1640’erne.
Efter Charles II’s genoprettelse af den engelske trone krydsede familien Sewall igen Atlanten i 1661 og bosatte sig i Newbury, Massachusetts. Her voksede den unge Samuel “Sam” op langs Parker River og Plum Island Sound.
Som andre lokale drenge gik han i skole hos James Noyes, hvis fætter, pastor Thomas Parker, var den vigtigste underviser. Fra Parker fik Sewall en livslang kærlighed til vers, som han skrev på både engelsk og latin. I 1667 blev Sewall optaget på Harvard College, hvor hans klassekammerater omfattede Edward Taylor og Daniel Gookin, som han dannede varige venskaber med. Sewall modtog sin første grad, en BA, i 1671 og sin MA i 1674. I 1674 var han bibliotekar på Harvard i ni måneder og var den anden person, der havde denne stilling. Samme år begyndte han at føre en dagbog, som han førte det meste af sit liv; den er et af de vigtigste historiske dokumenter fra den tid. I 1679 blev han medlem af Military Company of Massachusetts.
Sewall’s involvering i koloniens politiske anliggender begyndte, da han blev freeman i kolonien, hvilket gav ham stemmeret. I 1681 blev han udnævnt til koloniens officielle trykker. Et af de første værker, han udgav, var John Bunyans The Pilgrim’s Progress. Efter John Hulls død i 1683 blev Sewall valgt til at erstatte ham i koloniens råd af assistenter, et organ, der både fungerede som den lovgivende forsamlings øverste hus og som appelret. Han blev også medlem af Harvard’s Board of Overseers.
Sewalls mundtlige eksamen til MA var en offentlig affære og blev overværet af Hannah Hull, datter af koloniens købmand og møntmester, John Hull. Hun var tilsyneladende betaget af den unge mands charme og forfulgte ham. De blev gift i februar 1676. Hendes far, hvis arbejde som møntmester havde gjort ham ret velhavende, gav parret 500 pund i kolonial valuta som bryllupsgave. Biografen Richard Francis bemærker, at vægten af dette beløb, 125 pund (57 kg), kan have været omtrent lig med brudens vægt, hvilket har givet anledning til Nathaniel Hawthornes legende om, at gaven var hendes vægt i mønter. Sewall flyttede ind i sine svigerforældres palæ i Boston og blev snart involveret i denne families forretninger og politiske anliggender. Han og Hannah fik fjorten børn inden hendes død i 1717, selv om kun få overlevede til voksenalderen.
Han gik også ind i lokalpolitik og blev ophøjet til assistentdommer i retsvæsenet. I 1692 var han en af de ni dommere, der blev udnævnt til Court of Oyer and Terminer i Salem, som havde til opgave at dømme de personer fra Salem Town og andre steder, der blev anklaget for hekseri. Hans dagbog beretter om mange af de mere berømte episoder i retssagerne, såsom Giles Coreys pinefulde død under tortur, og afspejler den voksende offentlige uro om mange af de anklagedes skyld. Sewalls bror Stephen havde i mellemtiden åbnet sit hjem for et af de oprindeligt plagede børn, Betty Parris, datter af Salem Village’s præst, Samuel Parris, og kort efter synes Bettys “plager” at være aftaget.
Sewall var måske mest bemærkelsesværdig blandt de dommere, der var involveret i retssagerne, idet han senere fortrød sin rolle og gik så langt som til at opfordre til en offentlig dag med bøn, faste og erstatning. Efter opløsningen af retten blev Sewall-familien ramt af det, som Sewall mente var en straf fra Gud. I løbet af de fem år efter retssagerne døde to af Sewalls døtre og Hannahs mor, og Hannah fødte et dødfødt barn. Det, der overbeviste Sewall om hans behov for offentlig omvendelse, var en recitation af Matthæus 12:7: “Hvis I havde vidst, hvad dette betyder: Jeg vil have barmhjertighed og ikke ofre, ville I ikke have fordømt den skyldfri”. Ikke alene var Sewalls hjemmeliv blevet rystet, men i årene efter retssagerne oplevede befolkningen i Massachusetts tilbageslag og vold, især navigationslovene, erklæringen af New England Dominion og kong Philipskrig. Han så dette ikke som et tegn på, at hekseri ikke eksisterede, men at han havde afsagt sin dom på usubstantielle beviser. Han noterer i sin dagbog, at han den 14. januar 1697 rejste sig op i det forsamlingshus, han gik i, mens hans præst læste hans skyldbekendelse op.
I 1693 blev Sewall udnævnt til associeret dommer ved Superior Court of Judicature, provinsens højesteret, af guvernør Sir William Phips. I 1717 blev han udnævnt til dens øverste dommer af guvernør Samuel Shute.
Sewall døde i Boston, Massachusetts, den 1. januar 1730, 77 år gammel, og blev begravet i familiens grav på Boston’s Granary Burying Ground.
Sewall blev gift tre gange. Hannah Hull, hans første kone, døde i 1717; to år senere, i 1719, giftede Sewall sig med Abigail (Melyen) Woodmansey Tilley, som døde syv måneder senere. I 1722 giftede han sig med Mary (Shrimpton) Gibbs, som overlevede ham. Hans nevø, Stephen, fungerede også som Massachusetts’ øverste dommer, ligesom hans oldebarn Samuel gjorde det. Hans søster, Anne Sewall Longfellow (1662-1706), var tip-tip-tip-tip-oldemor til digteren Henry Wadsworth Longfellow.