1850’de Yanya’da doğdu. Orta öğrenimini Yanya’da bir Rum Jimnazı’nda tamamladı (1868). Öğrenim yıllarında Fransızca, İtalyanca, eski Yunanca, Arapça ve Farsça öğrendi. İstanbul’a gelerek Matbuat Kalemi’ne memur oldu (1871). Bir yandan da Siraç, İbret ve Hadika gazetelerine yazılar yazdı. Trablusgarb’a sürgün olarak gittiğinde Trablusgarb Vilayet gazetesini yönetti (1874). Bir yıl sonra affedilerek İstanbul’a döndüğünde Sabah, Tercüman-ı Şark gazetelerini ve Aile, Hafta dergilerini çıkardı (1876-80). Daha sonra kurulan Teftiş-i Askeri Komisyonu başkâtipliğine getirildi. Bu görevi ömrünün sonuna kadar devam etti. Ancak, 1890 yılından itibaren Erenköy’deki köşkünde gözaltında tutularak, sokağa çıkması ve konuk çağırması yasaklandı. 1904’te İstanbul’da vefat etti. Erenköy’deki Sahrayıcedit mezarlığına gömüldü, kemikleri 1968’de Feriköy’deki aile mezarlığına nakledildi.
Şemsettin Sami, uzun yıllar meşgul olduğu gazete ve dergi yazarlığının yanı sıra, oyun ve roman türünde eserler yazdı, dilbilgisi alanında kitaplar hazırladı. Türk edebiyatının ilk telif romanı sayılan Taaşşuk-ı Talat ve Fitnat’ı (1872) kaleme aldı. Ermeni yayımcı Mihran Efendi’ye cep kitapları hazırladı. Ünlü Batı klasiklerinden Sefiller (1880) ve Robinson (1884) çevirilerini yaptı. Dil alanındaki çalışmaları dikkat çekti. Orhun Yazıtları’nı Türkçeye çevirdi, Kutadgu Bilig’in ilk incelemesini yaptı. Osmanlıcanın en geniş sözlüğü Kamus-ı Türkî’yi (1900) ve döneminin en kapsamlı ansiklopedisi Kamusu’l-A’lâm’ı hazırladı.