Sewall urodził się w Bishopstoke, Hampshire, Anglia, 28 marca 1652 roku, syn Henry’ego i Jane (Dummer) Sewall. Jego ojciec, syn burmistrza Coventry, przybył do angielskiej północnoamerykańskiej kolonii Massachusetts Bay w 1635 roku, gdzie poślubił matkę Sewalla i wrócił do Anglii w latach czterdziestych XVI wieku.
Po przywróceniu Karola II na angielski tron, Sewallowie ponownie przekroczyli Atlantyk w 1661 roku, osiedlając się w Newbury, Massachusetts. To właśnie tam młody Samuel „Sam” dorastał wzdłuż rzeki Parker i Plum Island Sound.
Jak inni miejscowi chłopcy, uczęszczał do szkoły w domu Jamesa Noyesa, którego kuzyn, wielebny Thomas Parker, był głównym instruktorem. Od Parkera Sewall nabył życiową miłość do wierszy, które pisał zarówno po angielsku, jak i po łacinie. W 1667 roku Sewall wstąpił do Harvard College, gdzie jego kolegami z klasy byli Edward Taylor i Daniel Gookin, z którymi połączyła go trwała przyjaźń. Sewall otrzymał swój pierwszy stopień, BA, w 1671 roku, a MA w 1674 roku. W 1674 roku przez dziewięć miesięcy pełnił funkcję bibliotekarza Harvardu, będąc drugą osobą, która piastowała to stanowisko. W tym samym roku zaczął prowadzić dziennik, który prowadził przez większość swojego życia; jest to jeden z najważniejszych dokumentów historycznych tamtych czasów. W 1679 roku został członkiem Kompanii Wojskowej Massachusetts.
Zaangażowanie Sewalla w sprawy polityczne kolonii rozpoczęło się, gdy został wolnym strzelcem kolonii, co dało mu prawo do głosowania. W 1681 roku został mianowany oficjalnym drukarzem kolonii. Jedną z pierwszych opublikowanych przez niego prac był „The Pilgrim’s Progress” Johna Bunyana. Po śmierci Johna Hulla w 1683 roku Sewall został wybrany, by zastąpić go w radzie asystentów kolonii, organie, który działał zarówno jako wyższa izba legislatury, jak i sąd apelacyjny. Został także członkiem Harvard’s Board of Overseers.
Egzamin ustny Sewalla na magistra był sprawą publiczną i świadczyła o nim Hannah Hull, córka kolonialnego kupca i mincmistrza, Johna Hulla. Najwyraźniej dała się porwać urokowi młodego człowieka i pościgowi za nim. Pobrali się w lutym 1676 roku. Jej ojciec, którego praca jako mincerza uczyniła go dość zamożnym, dał parze w prezencie ślubnym 500 funtów w walucie kolonialnej. Biograf Richard Francis zauważa, że waga tej sumy, 125 funtów (57 kg), mogła być zbliżona do wagi panny młodej, co dało początek legendzie Nathaniela Hawthorne’a, że prezent był jej wagą w monetach. Sewall zamieszkał w rezydencji swoich teściów w Bostonie i wkrótce zaangażował się w interesy i sprawy polityczne tej rodziny. Miał z Hannah czternaścioro dzieci przed jej śmiercią w 1717 roku, choć tylko kilkoro z nich dożyło dorosłości.
Wszedł też do lokalnej polityki i został wyniesiony na stanowisko asystenta sędziego w sądownictwie. W 1692 roku był jednym z dziewięciu sędziów powołanych do sądu Oyer and Terminer w Salem, którego zadaniem było sądzenie osób z miasta Salem i nie tylko, które zostały oskarżone o czary. Jego dziennik opisuje wiele z bardziej znanych epizodów procesów, takich jak agonalna śmierć na torturach Gilesa Coreya, i odzwierciedla rosnące zaniepokojenie opinii publicznej co do winy wielu oskarżonych. Brat Sewalla, Stephen, w międzyczasie otworzył swój dom dla jednego z początkowo dotkniętych dzieci, Betty Parris, córki pastora Salem Village, Samuela Parrisa, i wkrótce potem „dolegliwości” Betty ustąpiły.
Sewall był być może najbardziej niezwykły wśród sędziów zaangażowanych w procesy, ponieważ później żałował swojej roli, posuwając się do wezwania do publicznego dnia modlitwy, postu i zadośćuczynienia. Po rozwiązaniu sądu rodzina Sewallów została dotknięta tym, co Sewall uważał za karę Bożą. W ciągu pięciu lat po procesach zmarły dwie córki Sewalla i matka Hannah, a Hannah urodziła martwe dziecko. Tym, co przekonało Sewalla o potrzebie publicznej pokuty, była recytacja Ewangelii Mateusza 12:7: „Gdybyście wiedzieli, co to znaczy: Będę miał miłosierdzie, a nie ofiarę, nie skazalibyście bez winy”. Nie tylko życie domowe Sewalla zostało wstrząśnięte, ale w latach po Procesach, mieszkańcy Massachusetts doświadczyli niepowodzeń i przemocy, zwłaszcza w związku z Aktami Nawigacyjnymi, ogłoszeniem Dominium Nowej Anglii i Wojną Króla Filipa. Postrzegał to nie jako znak, że czary nie istniały, ale że orzekał na podstawie nieistotnych dowodów. Zapisał w swoim dzienniku, że 14 stycznia 1697 roku wstał w domu spotkań, do którego uczęszczał, podczas gdy jego minister odczytał jego wyznanie winy.
W 1693 roku Sewall został mianowany przez gubernatora Sir Williama Phipsa sędzią stowarzyszonym Superior Court of Judicature, sądu najwyższego prowincji. W 1717 roku został mianowany jego sędzią głównym przez gubernatora Samuela Shute’a.
Sewall zmarł w Bostonie, Massachusetts, 1 stycznia 1730 roku, w wieku 77 lat, i został pochowany w rodzinnym grobowcu na bostońskim Granary Burying Ground.
Sewall ożenił się trzykrotnie. Hannah Hull, jego pierwsza żona, zmarła w 1717 roku; dwa lata później, w 1719 roku, Sewall poślubił Abigail (Melyen) Woodmansey Tilley, która zmarła siedem miesięcy później. W 1722 roku ożenił się z Mary (Shrimpton) Gibbs, która przeżyła go. Jego bratanek, Stephen, również pełnił funkcję Chief Justice w Massachusetts, podobnie jak jego prawnuk Samuel. Jego siostra, Anne Sewall Longfellow (1662-1706), była prapraprababką poety Henry’ego Wadswortha Longfellowa.