Samuel Le Bihan se forme à l'art dramatique à Paris (Cours Florent, Conservatoire, ENSATT) et entre à la Comédie Française en 1994. Il sert Hugo, Feydeau, Racine, Corneille, Shakespeare, plus tard Tennessee Williams, pour un remarqué « tramway nommé désir » (1999). Il apparaît aussi à la télé dans un « Maigret » (1989), au cinéma dans SALE COMME UN ANGE de Catherine Breillat (1991) et visite René Féret (LA PLACE D'UN AUTRE, 1993) et Krzyzstof Kieslowski (TROIS COULEURS ROUGE, 1994).

Après UNE FEMME FRANÇAISE de Régis Wargnier (1995), il épate dans CAPITAINE CONAN de Bertrand Tavernier (1996) et ne quitte plus les écrans. LE COUSIN d'Alain Corneau (1997), À VENDRE de Laetitia Masson (1998), RESTONS GROUPÉS de Jean-Paul Salomé (1998), il mélange les genres et décolle avec les sensibles VÉNUS BEAUTÉ (INSTITUT) de Tonie Marshall (1999) et PEAU NEUVE d'Emilie Deleuze (1999).

Devenu tête d'affiche, il touche le grand public dans JET SET (2000) et 3 ZÉROS de Fabien Onteniente et LE PACTE DES LOUPS de Christophe Gans (2001). Il enchaîne aussi les films sombres : TOTAL WESTERN d'Eric Rochant (2000), UNE AFFAIRE PRIVÉE de Guillaume Nicloux (2002), À LA FOLIE... PAS DU TOUT de Laetitia Colombani (2002), LA MENTALE de Manuel Boursinhac (2002), FUREUR de Karim Dridi (2003), MESRINE : L'ENNEMI PUBLIC N°1 de Jean-François Richet (2008), et la série "Braquo" écrite par Olivier Marchal et filmée par Frédéric Schoendoerffer (2009).

Il côtoie l'horreur, de genre (FRONTIÈRE(S) de Xavier Gens, 2007) comme humaine (LA RAFLE de Roselyne Bosch, 2010), répond aux propositions étrangères, pour LE DERNIER SIGNE de Douglas Law (2005), LE PONT DU ROI SAINT-LOUIS de Mary McGuigan (2004) ou EL HOMBRE DE ARENA de José Manuel Gonzalez (2007), mais n'oublie pas l'esprit populaire français avec LE PASSAGER DE L'ÉTÉ de Florence Moncorgé-Gabin (2006) et DISCO de Fabien Onteniente (2007), et le premier long métrage DES POUPÉES ET DES ANGES de Nora Hamdi (2008).

Enfin, il créé Bwatah Productions, finance l'extrême EXES de Martin Cognito (2006) où il apparaît, et réalise l'épisode « Alphonse Funèbre » (2006) de la série télé « Sable noir », avec Michel Duchaussoy et Gérald Laroche.