Дед Стосур родом из Польши. Отца Саманты зовут Тони, мать — Дианой. Также у неё есть два брата — Доминик и Даниэль. В шестилетнем возрасте Сэм вместе с семьёй переехала из Голд-Коста в Аделаиду после того, как их дом был разрушен наводнением. Уже там, в столице Южной Австралии, она начала играть в тенннис, когда родители подарили ей на рождество ракетку. Пока её родители работали в кафе, Сэм играла на местных кортах вместе со старшим братом Даниэлем, который впоследствии убедил родителей отвести Саманту на уроки тенниса.
В 13 лет Стосур совершила первую поездку на зарубежный теннисный турнир — в Джакарту, на World Youth Cup.
В 14 лет австралийка поступает в Квинслендскую спортивную академию (QAS), затем в 2001 Сэм присоединяется к Австралийскому институту спортивных теннисных программ.
Саманта провела свой первый взрослый турнир ITF в 1998 году, через два состоялся её дебют в WTA — получив wild card, она отметилась в квалификации Australian Open.
2001-й стал для неё первым годом больших успехов — было выиграно 10 титулов ITF (4 — в одиночном разряде). В 2002-м году состоялся дебют в основной сетке — в первом раунде Голд-Коста ей удалось взять лишь 2 гейма у Анастасии Мыскиной.
В 2003-м Саманте удалось наконец выиграть первый матч в основной сетке турнира WTA — она доходит до 3-го раунда на Australian Open, обыгрыв по ходу тогдашнюю № 37 в мире Кончиту Мартинес. Этот успех позволил ей войти в Top-200 одиночного рейтинга.
В 2004 Саманта впервые доходит до полуфинала одиночного турнира WTA — в Голд-Косте (попутно переиграв 17-ю ракетку мира на тот момент, Меганн Шонесси). Мартовский четвертьфинал в Акапулько и 4-й круг в Индиан-Уэллсе позволяют австралийке накануне турнира в Берлине впервые попасть в Top-100. На Ролан Гаррос она впервые квалифицируется в «основу» турнира Большого шлема напрямую, без отбора.
Эти успехи позволяют Стосур попасть в австралийскую олимпийскую команду, но её участие в турнире ограничивается 2 матчами — по одному в одиночном и парном турнирах. Несколько выходов из квалификации во второй-третий круг позволяют австралийке завершить год на 65-м месте в рейтинге. В конце года она впервые доходит до финала парного турнира WTA — в Квебеке их дуэт с Элс Калленс уступает в финале паре Карли Галликсон и Марии-Эмилии Салерни.
Сэм опять удаётся отличный старт: она дважды доходит до финалов турниров WTA перед Australian Open — в Голд-Косте её останавливает Патти Шнидер, а в Сиднее — Алисия Молик (причём тот финал стал возможен в том числе и потому, что Линдсей Дэвенпорт, тогдашний № 1, и Елена Дементьева, шестая в рейтинге, не вышли на свои матчи в четверть- и полуфинале). Это позволяет Сэм стать № 45 в мире. В дальнейшем выступления в одиночном разряде стали отходить на второй план, будучи заслонёнными пошедшими вверх результатами в паре.
Год начинался в дуэте с Бриэнн Стюарт — сначала удалось выиграть Сидней (и ещё два отказа соперниц на пути к титулу — в полуфинале и финале), в апреле был взят титул в Амелия-Айленд (по ходу обыграны сильные пары Реймонд/Стаббс, Асагоэ/Среботник и Пешке/Шнидер). Сотрудничество со Стюарт закончилось полуфиналами в Бирмингеме, Истбурне и Уимблдоне. Там же на Уимблдоне прошло знаковое событие — после проигрыша в первом круге распалась пара Лиза Реймонд/Ренне Стаббс.
Именно Лиза стала следующей партнёршей Сэм — после без каких-либо успехов проведённых турниров в Стенфорде, Сан-Диего и Лос-Анджелесе их дуэт выдал четырнадцатиматчевую победную серию, выиграв 3 турнира (в том числе US Open). До конца года удалось отметится ещё титулом в Москве, полуфиналом в Цюрихе и финалом в Филадельфии.
Вся эта череда успехов позволила Лизе и Сэм отобраться на итоговый турнир в Лос-Анджелес, где им не нашлось равных — в полуфинале побеждена испанская пара Мартинес/Руано Паскуаль, а в финале (третий раз за четыре встречи на этой стадии в том году) обыгран дуэт Блэк/Стаббс.
Год Саманта закончила второй ракеткой мира в парном рейтинге.
Также ей удалось провести хороший сезон в миксте — с четырьмя разными партнёрами удалось 4 раза дойти до четвертьфиналов и выше, а дебютный турнир в Австралии был выигран с Кевином Улльеттом.
В начале года Сэм привлекли играть за сборную на Кубке Хопмана. Хотя австралийке и удалось выиграть все одиночные матчи, но этого хватило лишь на одну победу в матчевой встрече и, как итог, австралийки поделили ещё с двумя командами второе место в группе.
Одиночный сезон начался куда менее успешно, чем год назад. На смену двум прошлогодним финалам пришло только одно поражение и, как итог, Сэм с трудом попала в основу в Мельбурне. хотя там ей удалось дойти до четвёртого круга (убрав по ходу одну из сеянных — Ану Иванович). В четвёртом круге она уступила вернувшейся в тур Мартине Хингис. Затем удалось дойти до четвертьфинала в Токио.
Весенний американский сезон не принёс каких либо успехов — 3 суммарно выигранных матча за 5 турниров.
Возвращение в Европу помогло в третий раз в карьере добраться до финала турнира WTA, однако Шахар Пеер поддержала несчастливую для австралийки традицию и выиграла тот пражский турнир. Затем последовал четвертьфинал в Стенфорде, третий круг в Лос-Анджеле и полуфинал в Нью-Хэйвене (в качестве «лакилузера»), что позволило Сэм попасть в Top-30 непосредственно перед US Open. До конца года ещё удалось отметиься в четвертьфинале в Линце. Год Стосур закончила 29-й.
В паре всё было заметно лучше — год начался с полуфинала в Сиднее, затем удалось добраться до финала на Australian Open, а потом и выдать новую серию без поражений — на протяжении 18 матчей американо-австралийский дуэт не знал поражений. За это время удалось выиграть 4 турнира (причём три — первой категории). Начавшийся затем грунтовой сезон был ознаменован ещё двумя титулами — в Чарлстоне и на Ролан Гаррос. Травяной сезон не задался — больше двух побед на одном турнире одерживать не удавалось.
Возвращение на хард привело к некоторому всплеску результатов: удалось дойти до полуфинала в Сан-Диего и финала в Нью-Хэйвене. Титул на US Open защитить не удалось — в полуфинале путь был преграждён парой Сафина/Среботник. До конца года удалось выиграть в Штутгарте, Линце и Хассельте, а также побывать в полуфинале в Цюрихе.
Итоговый турнир, как и год назад, удалось выиграть, причём в финале у тех же соперниц. Год Саманта завершила в статусе первой ракетки мира в паре.
В миксте удалось дойти до полуфинала в Австралии и четвертьфинала на Уимблдоне.
В одиночных турнирах стабильные 1-2 победы позволяют Сэм держаться в Top-30. В Австралии она впервые посеяна на турнире Большого шлема.
Однако после Ролан Гаррос стали проявляться симптомы болезни Лайма на фоне резкого спада спортивной формы, в итоге отрезок сезона после грунта включил в себя лишь 4 турнира и позволил одержать лишь 1 победу. Сезон закончился после US Open.
В паре удалось дойти до полуфинала в Australian Open. Затем удалось выиграть в Токио, Индиан-Уэллс и Майами (как и год назад). Затем был выигран грунтовый турнир в Берлине. Титул на Ролан Гаррос защитить не удалось: в полуфинале их остановила пара Среботник/Сугияма.
Короткий травяной сезон принёс титул в Истбурне (после него очень долго не удавалось выиграть ничего) и полуфинал на Уимблдоне (снова поражение от пары Среботник/Сугияма).
В миксте удалось дойти до четвертьфинала в Открытом чемпионате Австралии.
В тур Сэм вернулась лишь в апреле, будучи к тому моменту уже в середине второй сотни рейтинга. Вхождение в соревновательный ритм решено было делать на крупных турнирах ITF. Пары турниров оказалось достаточно и с Рима Сэм снова играет только турниры WTA.
В Истбурне Саманта отмечается в полуфинале, пройдя Возняцки и Моресмо, затем доходит до четвертьфинала в Стенфорде (пройдя Звонарёву и вернувшись в Top-100).
До конца года удалось также отметится финалом в Сеуле и четвертьфиналом в Токио. Несмотря на все проблемы начала года, к концу сезона Стосур обосновывается на 52-й строчке рейтинга.
В паре всё было менее успешно, чем прежде: хотя удалось дойти до полуфинала в Лос-Анджелесе и финалов на Уимблдоне, US Open и Toray Pan Pacific Open, это не позволило отобраться на итоговый турнир сезона. Год Саманта завершила 14-й в парном рейтинге. По окончании сезона закончилось сотрудничество с Лизой Реймонд.
В миксте удалось выиграть Уимблдон (вместе с Бобом Брайаном).
Год начался в Брисбене, где удалось дойти до 2-го круга (уступив Аи Сугияме); затем удалось дойти до третьего круга на Australian Open, где её продвижение прервала блестяще начавшая сезон Елена Дементьева.
Весенний сезон на харде начался со вторых кругов в Дубае и Индиан-Уэллсе, а в Майами случился первый всплеск результатов — пройдя Баммер, Сафину и Моресмо, она добирается до четвертьфинала, уступив выдавшей один из лучших турниров в карьере Виктории Азаренко.
Грунтовый сезон складывался не лучшим образом — в Понте-Ведра-Бич, Риме и Мадриде была одержана лишь одна победа (правда, над Агнешкой Радваньской). Зато на Ролан Гаррос удалось выдать второй всплеск — выйдя в полуфинал.
В Истбурне пришлось закончить турнир уже во втором раунде — Возняцки взяла реванш за прошлый год (а потом и выиграла турнир). Уимблдон завершился на раунд позже — в третьем круге продвижение Стосур прервала Ана Иванович.
Возвращение на хард ознаменовалось третьим всплеском результатов — в Стенфорде, пройдя Доминику Цибулкову и Серену Уильямс, она доходит до полуфинала, уступив только выдавшей ещё более впечатляющий всплек Марион Бартоли.
Затем удалось дойти до финала в Лос-Анджелесе (пройдя Иванович и Чжэн Цзе), где пришлось уступить Флавии Пеннетте (итальянка выиграла в тот момент второй турнир подряд и впервые вошла в Top-10). Затем удалось дойти до четвертьфинала в Торонто (по сравнению с Ролан Гаррос сложилась зеркальная ситуация — обыграна Кузнецова, но проигран матч Дементьевой, причём опять обыгравшая её россиянка выиграла турнир).
Затем произошёл спад результатов — за 4 турнира с Нью-Хэйвена по Пекин было выиграно лишь 3 матча, зато затем удалось, наконец, выиграть первый одиночный турнир WTA в карьере:
Год завершился «турниром чемпионок» на Бали, где поражение от Мартинес Санчес не позволило побороться за место в полуфинале. Год в одиночном разряде закончился на 13-й позиции.
В паре Стосур удалось объединиться с другой лучшей парной теннисисткой из Австралии — Ренне Стаббс. Первым крупным успехом для них стал полуфинал турнира в Дубае, затем им удалось отметится четвертьфиналом в Майами и полуфиналом в Мадриде. Первый финал удалось добыть в Истбурне, затем удалось дойти до этой же стадии на Уимблдоне (пройдя сильные пары Кузнецова/Моресмо и Медина Гарригес/Руано Паскуаль), где второй год подряд на пути Стосур встали сёстры Уильямс.
В летнем американском хардовом сезоне удалось отметиться финалом в Торонто (уступили находящимся на подъеме Льягостере Вивес и Мартинес Санчес) и полуфиналом на US Open (уступили первой паре мира — Блэк/Хубер). На итоговый турнир отобраться удалось, но выступить там так, как и в предыдущие два раза, не получилось — последовало поражение в полуфинале от всё тех же Льягостеры Вивес и Мартинес Санчес. Год в паре закончился на 7-й позиции в рейтинге.
В миксте удалось дойти до четвертьфинала на Уимблдоне.
Предпринятая на старте сезона вторая попытка взять Кубок Хопмана закончилась точно также — 2-е место в группе, однако на этот раз Сэм выиграла лишь 1 одиночный матч.
После ряда успехов в одиночном разряде в прошлом году Стосур решила сосредоточиться на выступлениях в одиночном разряде. Пару решено было играть только на самых крупных турнирах. Удалось договориться о дуэте с Надеждой Петровой.
Их первый опыт закончился поражением — на старте Australian Open они уступили паре Душевина/Родионова. Второй опыт был куда лучше — полуфинал в Дубае (и снова поражение от хорошо знакомой испанской пары).
Год в одиночных турнирах начался с поражения в первом круге Сиднея, где из-за казуса жеребьёвки 12-й и 13-й ракеткам мира пришлось играть между собой уже в первом круге. Затем удалось дойти до четвёртого круга на Australian Open — против будущей победительницы турнира Серены Уильямс мало что получилось.
Затем Сэм была призвана под знамёна сборной на матч Кубка Федерации со сборной Испании. Стосур выиграла три матча (в паре помогла Ренне Стаббс) и австралийки вышли в плей-офф Мировой группы турнира.
Путь в Дубае пришлось закончить уже в первом раунде — Татьяна Гарбин оказалась сильнее в трёх сетах.
Затем удалось дойти до полуфинала в Индиан-Уэллсе, что позволило Стосур стать восьмой теннисисткой из Австралии, достигшей Top10 одиночного рейтинга. На этом же турнире они с Надеждой Петровой дошли до финала, где проиграли чешско-словенской паре Пешке/Среботник (7-й проигранный парный финал подряд).
Через несколько дней в Майами все почти точно так повторилось — снова проигранный в решающем сете парный финал и снова поражение в одиночном разряде от будущего победителя турнира (на этот раз на матч раньше — в четвертьфинале). В одиночном рейтинге опустилась на 11-е место.
Однако не надолго. Приезд в Чарлстон позволил взять второй в карьере одиночный титул. Также был сделан шаг вперёд в ранге выигранного турнира.
Затем был визит в Харьков на матч Кубка Федерации против сборной Украины. Команда хозяяк, ослабленная травмой Катерины Бондаренко и не лучшей спортивной формой её сестры Алёны не смогла ничего поделать против команды гостей — 0-5 (и 2 победы Сэм).
Победная серия Саманты прервалась на следующем турнире в Штуттгарте — относительно легко пройдя до финала (Бартоли, Дулгеру, Ли и Лапущенкова взяли у Стосур на всех лишь 1 сет), австралийка уступает там набирающей ход Жюстин Энен — 4-6, 6-2, 1-6. В рейтинге Стосур впервые поднялась на восьмое место.
Затем был турнир в Мадриде — Стосур доходит до четвертьфинала (пройдя Дулко и Мартинес Санчес), где уступает Винус Уильямс — 3-6 3-6. Накануне Roland Garros подымается на 7-ю строчку в рейтинге.
На парижском турнире Большого шлема Сэм удалось почти невозможное — в четвёртом круге она смогла обыграть Жюстин Энен, которая не знала поражений на этом турнире 24 матча (с 2004 года), после этого австралийка обыгрывает Серену Уильямс и Елену Янкович и выходит в свой первый финал на турнирах Большого шлема. Опыт оказался неудачным — совершив множество необязательных ошибок Стосур так и не смогла подстроиться под игру Франчески Скьявоне.
Накануне Уимблдона Саманта отмечается в полуфинале премьер-турнира в Истбурне, где уступает открытию турнира Екатерине Макаровой. В одиночном рейтинге поднимается на шестую строчку.
На самом Уимблдоне Саманта Стосур уступила в первом круге, проиграв эстонской теннисистке Кайе Канепи, которая пробилась в основную сетку турнира через квалификацию.
Возвращение в профессиональный тур прошло в конце июля — на соревнованиях в Стенфорде. Саманта не без труда доходит до полуфинала, где уступает будущей победительнице турнира Виктории Азаренко.
Затем Сэм доходит до четвертьфинала в Сан-Диего, где уступает итальянке Флавии Пеннетте со счетом 4:6, 3:6. После матча она жаловалась на боли в руке. После дополнительного обследования Стосур отказалась от планов участия в двух турнирах категории Premier 5 в августе.
На US Open Саманта выиграла несколько непростых матчей и, в итоге, добралась до четвертьфинала, где в трёх сетах уступила будущей победительнице турнира Ким Клейстерс.
В конце сезона Саманта дошла до полуфинала итогового турнира в Дохе, обыграв по ходу действующую первую ракетку мира Каролин Возняцки и свою обидчицу по финалу Roland Garros Франческу Скьявоне. Прервала путь австралийки на турнире будущая победительница турнира — бельгийка Ким Клейстерс.
Год Стосур завершает на 6-й строчке.
Старт сезона в одиночном разряде проходит без особых успехов — в догрунтовой период австралийка лишь дважды добирается до четвёртых кругов турниров (в Дубае и Ки-Бискейне), а также дважды в борьбе уступает свои матчи в первом круге Кубка Федерации.
Неявка в сборную на матч плеф-офф мировой группы поначалу плодотворно сказывается на результатах Саманты: в Штутгарте Стосур доходит до полуфинала (обыграв 3-ю ракетку мира Веру Звонарёву), а чуть позже добирается до финала в Риме (попутно обыграв двух будущих финалисток Roland Garros — Скьявоне и Ли). Само же первенство Франции не удаётся — матч третьего круга с аргентинкой Жиселой Дулко завершается трёхсетовым поражением.
Попытка отыграться во время травяного сезона также не приносит результата — после полуфинала на разминочном турнире в Истбурне (и очередной победы над Звонарёвой), австралийка вновь уступает в первом круге Уимблдона — на этот раз возвращающейся в тур после восьмесячного перерыва Мелинде Цинк.
Подготовительный к US Open хардовый сезон состоял из трёх турниров: после не слишком удачного старта серии в Стенфорде, Саманта добирается до финала на Rogers Cup и выходит в четвертьфинал в Цинциннати. Среди значимых побед в этот период можно отметить две очередные победы над Ли На (выигравшей за несколько месяцев до этого Roland Garros), а также выигрыш у Агнешки Радваньской, не проигрывавшей до того матча девять встреч.
Само же первенство США вышло триумфальным — австралийка выигрывают одну за другой семь встреч и завоёвывает титул чемпионки американского турнира Большого шлема в одиночном разряде. В решающем матче за титул американке Серене Уильямс отдано лишь пять геймов.
На финише года австралийка отметилась финалом на соревнованиях в Осаке и полуфиналом на итоговом турнире.
Парный год был отмечен, в основном, сверхудачным сотрудничеством с немкой Сабиной Лисицки. В первой половине сезона девушки сыграли два турнира — в Штутгарте и на Уимблдоне — и в обоих соревнованиях сыграли в финале.
Новый сезон был начат неудачно: лишь на четвёртом личном турнире Саманта смогла пройти в третий круг и сразу вышла в финал (на турнире категории Premier 5 в Дохе).
Стосур впервые удостоилась права сыграть за сборную в розыгрыше 2003 года: в матче за право остаться в мировой группе со сборной Колумбии она открыла встречу игрой с лидером гостей — Фабиолой Зулуагой. Первый опыт оказался неудачным — поражение в трёх сетах.
Однако с тех пор почти ежегодно, кроме 2008 года, Саманта привлекается в сборную. За это время проведено 36 матча (27 победы и 9 поражений (все — в одиночном разряде)). В 2009-10 годах австралийка выиграла в рамках турнира 12 матчей подряд.