Xavier Samuel est né à Hamilton le . Il est le fils de Clifford et Maree Samuel[1]. Il a grandi à Adélaïde, en Australie du Sud, et a été diplômé de Rostrevor College en 2001. Xavier est le frère aîné de Benedict Samuel, qui est écrivain, producteur et acteur[2]. Il a également une sœur plus âgée, Bridget Samuel, qui est metteur en scène.
À la fin de ses études à Rostrevor, il a fréquenté la compagnie théâtrale de l'école. Il joue notamment le personnage de Tom Museau (alias le mur), dans la pièce de William Shakespeare, Le Songe d'une nuit d'été. Sur cette même période, il a également interprété le rôle de Belvile dans une production de Radio-Canada : The Rover d'Aphra Behn (L'Écumeur).
Samuel a aussi étudié à la Flinders University Drama Centre en 2005 où il a étudié avec un professeur d'art dramatique réputé, qui n'est autre que Julie Holledge. Il a joué Hamlet dans une production de son université.
Attiré par la musique, il a été le chanteur d'Adelaid Group, du nom de sa ville de naissance.
Il débute devant la caméra dans des séries locales comme McLeaod’s daughters, un soap opera très connu en Australie, où il incarne Jason.
En 2006, c'est sur grand écran qu'il se révèle : il interprète Théo dans 2:37, un film qui relate la vie difficile de certains lycéens, contraints de faire des choix compliqués. Il enchaîne la même année avec le rôle de Will Turner dans le film Angela's Decision.
L'année suivante, il est à l'affiche de September et de Newcastle.
2010 marque un tournant majeur dans sa carrière, outre un film d'horreur déjanté à l'humour très noir (The Loved Ones qui a reçu d'excellentes critiques[3]) il est engagé pour tenir le rôle de Riley dans le troisième opus de Twilight. Sa performance dans le film, son premier blockbuster, lui confère une certaine reconnaissance et lui offre sa première récompense aux MTV Movie Awards de 2011[4].
En 2010, il a été élu 4e homme le plus sexy de la planète par le magazine anglais Glamour.
En 2012, Samuel est apparu dans le film Anonymous. Il enchaîne ensuite avec le tournage de deux films, Shark et My Best Men (où il tient un rôle de premier plan), ainsi que celui d'un court-métrage Sanctuary. Il partage en outre l'affiche avec Sam Worthington dans Drift, une production australienne sur le surf dont le teaser avait été dévoilé à la 64e édition du Festival de Cannes.
