Samuel Henry J. Worthington, 2 Ağustos 1976 tarihinde, Godalming, Surrey, İngiltere'de dünyaya geldi. Çocukluğunu Perth, Batı Avustralya'da geçiren Worthington'ın babası Ronald, enerji sektöründe çalışan bir işçi, annesi ise evhanımıydı. John Curtin Sanat Okulu'nda okuyan Worthington, 17 yaşında okuldan ayrıldı ve inşaat sektörüde bir süre çalıştı.Okuldan ayrılmasının ardından bir süre çeşitli işlerde çalışan Worthington, National Institute of Dramatic Art (Drama Sanatları Okulu)'na kabul edildi ve 1998 yılında bu okuldan mezun oldu. İlk olarak The Judas Kiss adlı tiyatro oyununda rol alan genç oyuncu, Avustralya'da içlerinde Bootmen, Dirty Deeds, Somersault gibi dizi ve filmlerin bulunduğu bir dizi yapımda rol aldı.

Avustralya Film Sektörü (AFI)'nün verdiği En İyi Erkek Oyuncu ödülünü 2004 yılında, Somersault adlı filmle kazanan Worthington, 2004-2005 yılları arasında, ünlü Avustalya yapımı drama dizisi Love My Way kadrosunda toplam on bölümde yer aldı.

Holywood ile 2002 yılında, Hart's War adlı filmdeki ufak bir rolü ile tanışan genç aktör, 2005 yılında The Great Raid ve 2006 yılında Casino Royale adlı filmlerde rol alarak A.B.D.'de tanınan bir oyuncu haline geldi.

Ünlü bilimkurgu serisi Terminator Salvation ile 2009 yılına hızlı bir başlangıç yapan Worthington, bu filmde cyborg Marcus Wright rolüyle serinin sevenlerinin beğenisini kazanmayı başardı. Başarılı oyuncunun aynı yıl vizyona giren ikinci filmi ise, James Cameron tarafından yönetilen ve bütün zamanların en fazla izlenen sinema filmlerinden birisi olma ünvanını elinde bulunduran Avatar oldu.

1981 yılında çekilen aynı adlı macera/mitoloji filminin tekrar çekimi olan Clash of the Titans, başarılı oyuncunun 2010 yılında vizyona giren ilk filmi oldu. Louis Leterrier tarafından yönetilen filmde, ünlü Yunan Mitolojisi karakteri yarı-tanrı Perseus'u canlandıran Worthington, bu filmle beraber Avatar'dan sonra ikinci üç boyutlu filmine imzasını attı.

Worthington'ın gelecek projeleri arasında The Fields yer alıyor.