Sewall werd geboren in Bishopstoke, Hampshire, Engeland, op 28 maart 1652, als zoon van Henry en Jane (Dummer) Sewall. Zijn vader, zoon van de burgemeester van Coventry, was in 1635 naar de Engelse Noord-Amerikaanse Massachusetts Bay Colony gekomen, waar hij met de moeder van Sewall trouwde en in de jaren 1640 naar Engeland terugkeerde.
Na de Restauratie van Charles II op de Engelse troon staken de Sewalls in 1661 opnieuw de Atlantische Oceaan over en vestigden zich in Newbury, Massachusetts. Daar groeide de jonge Samuel “Sam” op langs de Parker River en Plum Island Sound.
Zoals andere plaatselijke jongens ging hij naar school ten huize van James Noyes, wiens neef, dominee Thomas Parker, de voornaamste onderwijzer was. Van Parker kreeg Sewall zijn hele leven lang liefde voor verzen, die hij zowel in het Engels als in het Latijn schreef. In 1667 ging Sewall naar Harvard College, waar zich onder zijn klasgenoten Edward Taylor en Daniel Gookin bevonden, met wie hij blijvende vriendschappen sloot. Sewall behaalde zijn eerste graad, een BA, in 1671, en zijn MA in 1674. In 1674 was hij gedurende negen maanden bibliothecaris van Harvard, de tweede persoon die deze functie bekleedde. In dat jaar begon hij een dagboek bij te houden, dat hij het grootste deel van zijn leven bijhield; het is een van de belangrijkste historische documenten uit die tijd. In 1679 werd hij lid van de Militaire Compagnie van Massachusetts.
Sewall’s betrokkenheid bij de politieke zaken van de kolonie begon toen hij vrij man van de kolonie werd, wat hem stemrecht gaf. In 1681 werd hij benoemd tot de officiële drukker van de kolonie. Een van de eerste werken die hij publiceerde was The Pilgrim’s Progress van John Bunyan. Na de dood van John Hull in 1683 werd Sewall gekozen om hem te vervangen in de raad van assistenten van de kolonie, een orgaan dat zowel fungeerde als het hogerhuis van de wetgevende macht en als hof van beroep. Hij werd ook lid van Harvard’s Board of Overseers.
Sewall’s mondeling examen voor de MA was een openbare aangelegenheid en werd bijgewoond door Hannah Hull, dochter van de koloniale koopman en muntmeester, John Hull. Zij was blijkbaar gecharmeerd van de charmes van de jongeman en achtervolgde hem. Zij trouwden in februari 1676. Haar vader, die door zijn werk als muntmeester behoorlijk rijk was geworden, gaf het echtpaar £500 in koloniale valuta als huwelijksgeschenk. Biograaf Richard Francis merkt op dat het gewicht van dit bedrag aan specie, 125 pond (57 kg), wellicht het gewicht van de bruid benaderde, wat aanleiding gaf tot Nathaniel Hawthorne’s legende dat het geschenk haar gewicht in munten was. Sewall betrok het landhuis van zijn schoonfamilie in Boston en was spoedig betrokken bij de zakelijke en politieke aangelegenheden van die familie. Hij en Hannah kregen veertien kinderen voor haar dood in 1717, hoewel slechts enkelen de volwassenheid overleefden.
Hij ging ook de plaatselijke politiek in en werd bevorderd tot assistent-magistraat bij de rechterlijke macht. In 1692 was hij een van de negen rechters die werden benoemd in het Hof van Oyer en Terminer in Salem, belast met het berechten van degenen uit Salem Town en elders die werden beschuldigd van hekserij. Zijn dagboek verhaalt over veel van de beroemdste episodes van de processen, zoals de dood door foltering van Giles Corey, en weerspiegelt het groeiende onbehagen bij het publiek over de schuld van veel van de beschuldigden. Sewall’s broer Stephen had intussen zijn huis opengesteld voor een van de aanvankelijk getroffen kinderen, Betty Parris, dochter van de predikant van Salem Village, Samuel Parris, en kort daarna schijnen Betty’s “aandoeningen” te zijn verdwenen.
Sewall was misschien wel het meest opmerkelijk onder de rechters die bij de processen betrokken waren, in die zin dat hij later spijt betuigde van zijn rol en zelfs opriep tot een openbare dag van gebed, vasten en herstelbetalingen. Na de ontbinding van het hof werd de familie Sewall geteisterd door wat Sewall beschouwde als straffen van God. In de vijf jaar na de processen stierven twee van Sewall’s dochters en Hannah’s moeder, en Hannah beviel van een doodgeboren kind. Wat Sewall overtuigde van zijn noodzaak tot openbaar berouw was een voordracht van Mattheüs 12:7, “Indien gij geweten hadt wat dit betekent: Ik zal mij ontfermen en niet opofferen, zoudt gij de schuldelozen niet veroordeeld hebben”. Niet alleen was Sewall’s leven thuis door elkaar geschud, maar in de jaren na de processen kreeg het volk van Massachusetts te maken met tegenslagen en geweld, met name de Navigation Acts, de afkondiging van de New England Dominion, en de oorlog van koning Philip. Hij zag dit niet als een teken dat hekserij niet bestond, maar dat hij had geoordeeld op basis van ondeugdelijk bewijs. Hij noteert in zijn dagboek dat hij op 14 januari 1697 opstond in het vergaderhuis dat hij bezocht, terwijl zijn dominee zijn schuldbekentenis voorlas.
In 1693 werd Sewall door gouverneur Sir William Phips benoemd tot hulprechter van het Superior Court of Judicature, het hoge gerechtshof van de provincie. In 1717 werd hij door gouverneur Samuel Shute benoemd tot opperrechter.
Sewall overleed op 1 januari 1730 in Boston, Massachusetts, 77 jaar oud en werd bijgezet in het familiegraf in Boston’s Granary Burying Ground.
Sewall trouwde driemaal. Hannah Hull, zijn eerste vrouw, overleed in 1717; twee jaar later, in 1719, trouwde Sewall met Abigail (Melyen) Woodmansey Tilley, die zeven maanden later overleed. In 1722 trouwde hij met Mary (Shrimpton) Gibbs, die hem overleefde. Zijn neef, Stephen, was ook opperrechter in Massachusetts, evenals zijn achterkleinzoon Samuel. Zijn zuster, Anne Sewall Longfellow (1662-1706), was de betovergrootmoeder van de dichter Henry Wadsworth Longfellow.