Samantha Mathis nasceu em 1970 em Nova York, para Donald Mathis e para a nascida na Áustria Bibi Besch, uma aspirante a atriz na época. Sua avó materna era a atriz Gusti Huber. Seu primeiro trabalho de atriz foi em um comercial de produtos para bebês com sua mãe. Desde que seus pais se divorciaram quando ela tinha apenas três anos de idade, Samantha foi muito exposta à indústria de atuação desde muito jovem, o que a fez quase destinado a se tornar uma atriz. O primeiro longa-metragem de Samantha foi “Pump Up the Volume” (1990), contracenando com o seu amor dentro e fora das telas na época, Christian Slater.