Samuel Wanamaker naquit à Chicago, Illinois, fils des immigrés juifs Molly Bobele et Morris Wanamaker. Il commença sa carrière d'acteur à l'âge de 17 ans. Après des cours au Goodman Theatre de Chicago, il commença à travailler dans une troupe de summer stock theatre à Chicago et au nord du Wisconsin (où il aida à construire la scène du Peninsula Players Theatre en 1937) et travailla à Broadway et dans des spectacles itinérants. En 1940 il se maria avec Charlotte Holland, une star de radio des années 1940 américaine qui devint plus tard une actrice. Il alla à la Drake University, Iowa avant de servir l'armée américaine entre 1943 et 1946 pendant la Seconde Guerre mondiale.
En 1952, à l'apogée de la période de la Terreur Rouge de Joseph McCarthy en Amérique, malgré le fait qu'il ait servi dans l'armée américaine pendant la Seconde Guerre Mondiale, Wanamaker apprit qu'il avait été mis sur la liste noire des personnalités d'Hollywood par la House Un-American Activities Committee, ce qu'il découvrit pendant le tournage de Mr. Denning Drives North au Royaume-Uni. Wanamaker décida alors de ne pas retourner aux États-Unis ; il poursuivit sa carrière en Angleterre, comme acteur de théâtre et de films, réalisateur et producteur.
En 1957, il devint le directeur du New Shakespeare Theatre de Liverpool. En 1959, il entra dans la troupe du Shakespeare Memorial Theatre à Stratford-upon-Avon. Dans les années 1960 et 70 il produit ou dirigea plusieurs pièces à Covent Garden et ailleurs, notamment la fête de l'anniversaire de Shakespeare en 1974. Dans les années 1970 Wanamaker commença une relation durable avec l'actrice américaine
Jan Sterling, alors veuve.
Il travailla à la fois comme acteur et réalisateur dans des films et à la télévision, et il joua dans des films comme The Spiral Staircase (1974), Private Benjamin (1980), Superman IV : Le face-à-face (1987), et
Baby Boom (1987). Il dirigea aussi des pièces. En 1980 il dirigea l'opéra de Giuseppe Verdi "Aida", avec
Luciano Pavarotti au San Francisco Opera (une version existe en DVD).
Wanamaker fonda le Shakespeare Globe Trust afin de reconstruire le théâtre du Globe à Londres, et joua un rôle central dans la réalisation du projet, récoltant plus de dix millions de dollars. Selon le New York Times, cela devint la "Grande Obsession" de Wanamaker que de réaliser une réplique exacte du premier théâtre du Globe de Shakespeare, obtenant finalement le soutien financier du philanthrope et amoureux de Shakespeare Samuel H. Scripps.
Selon Karl Meyer du New York Times:
Sur la rive sud de la Tamise, près du lieu où se trouve la reconstruction du Théâtre du Globe de Shakespeare, se trouve une plaque qui dit :
Wanamaker mourut d'un cancer de la prostate à Londres à l'âge de 74 ans, avant que son rêve ne soit achevé, et avant l'inauguration du théâtre par Sa Majesté Elisabeth II en juin 1997. Il laissa trois filles derrière lui, Abby, Jessica et l'actrice Zoë Wanamaker.