En Samuel és llicenciat i doctor en Química per la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). Ha fet estades de recerca a Holanda (Universitat de Twente), al Japó (International Center for Young Scientists i National Institute for Materials Science) i a Alemanya (Leibniz Institute for Solid State and Materials Research de Dresden); en aquest darrer país, també ha estat investigador del prestigiós Institut Max Planck de Sistemes d’Intel·ligència, a Stuttgart.

El 2012 va guanyar el Premi Guinness per haver desenvolupat el motor de propulsió jet més petit de món, i el 2014 va ser designat Innovador de l’Any per MIT Technology Review. El 2017 va rebre, juntament amb el seu equip de nanobiodispositius de l’IBEC, una de les Ajudes a Equips de Recerca que concedeix la Fundació BBVA en l’àrea d’Imatge Molecular, i el 2019 va aconseguir una de les prestigioses beques Starting Grants atorgades pel Consell Europeu de Recerca (ERC, per les sigles en anglès). A més, és autor de nombrosos articles científics que s’han publicat en reconegudes revistes nacionals i internacionals.

El 2022 va ser reconegut amb el Premi a l’excel·lència investigadora per la Reial Societat Espanyola de Química. Samuel Sánchez també és Premi Fundació Banc Sabadell a les Ciències i a la Enginyeria.

Està impulsant una spin-off per la traslació dels nanorobots en aplicacions contra el càncer de bufeta.