Сэм Мендес родился 1 августа 1965 года в городе Рединг, графства Беркшир, Англия. Его отец, Джеймс Петер Мендес, португалец по происхождению, отставной преподаватель университета, а мать, Валери Элен Мендес — автор книг для детей. Когда мальчику было пять лет, родители развелись.

После школы Сэм поступил в Кембриджский университет, а после его окончания в 1987 году вступил в труппу Чичестерского театра. Вскоре Мендес приобретает известность как выдающийся театральный режиссер. За первую свою постановку пьесы Чехова «Вишневый сад» в 1989 году он удостоился награды Лондонского общества критиков как лучший дебютант. В 1992 году Сэм становится художественным руководителем лондонского театра Donmar Warehouse, где ставит ряд популярных спектаклей, среди которых восстановленный мюзикл «Кабаре», получивший четыре театральные премии «Оби», а также пьеса «Голубая комната» с Николь Кидман.

Кинематографический режиссёрский дебют Сэма Мендеса состоялся в 1999 году, и оказался невероятно удачным. Драма «Красота по-американски», в которой критики усмотрели «отсылы» к сюжетам многих классических театральных пьес, удостоилась пяти премий «Оскар», в том числе за лучшую режиссуру и как лучший фильм года. Коммерчески фильм также стал успешным, при бюджете в 15 млн. долларов собрав в прокате более 350 млн.

В 2000 году Мендесу была присвоена степень Командора Ордена Британской Империи за достижения в драматическом искусстве.

Следующая картина режиссера, криминальная драма «Проклятый путь» (2002) о гангстерских войнах периода Великой депрессии в США, также была номинирована на «Оскар» в пяти номинациях и получила одну статуэтку за лучшую работу оператора.

В 2003 году Мендес женился на знаменитой английской актрисе, звезде «Титаника» Кейт Уинслет. Кстати, супруги – земляки, оба родились в одном городе. В том же году у них появился сын, Джо Эльфи Уинслет Мендес.

Очередной киноработой режиссера стала биографическая военная драма «Морпехи» (2005) об американских солдатах в Персидском заливе. А в 2008 году Мендес выпустил семейную драму «Дорога перемен», в которой впервые после «Титаника» вместе сыграли Кейт Уинслет и Леонардо ДиКаприо}. Фильм был номинирован на премию «Золотой глобус» 2009 года за лучшую режиссуру, а Кейт Уинслет удостоилась «Золотого глобуса» за лучшую женскую роль в жанре драмы.