Samuel Labarthe entre au Conservatoire National Supérieur d'Art Dramatique de Paris (1983-1987) dans les classes de Viviane Theophilides, Michel Bouquet, Daniel Mesguich et Gérard Desarthe.
Au théâtre, il enchaîne les rôles à la fois dans des oeuvres classiques et dans des oeuvres contemporaines. Il travaille alors sous la direction de Georges Wod (Le bourgeois gentilhomme, Cyrano de Bergerac), de Marcel Bluwal (Mort d'un commis voyageur), de Daniel Benoin (Gemme Shelter), Françoise Seigner dans Esther, de Gérard Désarthe pour les deux pièces : Le Cid et Le Partage de Midi. Sous la direction de Maurice Attias dans Comme tu me veux aux côtés de Fanny Ardant, et dans L'importance d'être Constant mis en scène par Jérôme Savary, entre autres.
En 1993, l'Académie des Molières le nomme dans la catégorie "révélation" pour son interprétation de Philippe Derrien dans Ce qui arrive et ce qu'on attend mis en scène par Patrice Kerbrat, rôle consacré la même année par le Grand Prix Gérard Philipe de la Ville de Paris. Sa collaboration avec Patrice Kerbrat se poursuit dans Un coeur français, dans Oncle Vania (son interprétation du rôle d'Astrov lui vaut une nomination dans lacatégorie "second rôle" en 97). En 2001, dans Une chatte sur un toit brûlant aux côtés de Cristiana Reali et Georges Wilson.
En 2003 suite au très grand succès de La boutique au coin de la rue, mis en scène par Jean-Jacques Zilbermann, il obtient une nomination aux Molières dans la catégorie "meilleur comédien". Il enchaîne avec Rue de Babylone, une création de Jean-Marie Besset, mis en scène par Jacques Lasalle au Petit Théâtre Montparnasse. En février 2005, il interprète Hervé Joncour dans l'adaptation du best seller d'Alessandro Barrico, Soie mis en scène par Christophe Lidon.
En 2006, au côté de Robert Hirsch, il joue LE GARDIEN d'Harold Pinter au théâtre de l'Oeuvre et au théâtre de Paris.
En 2009, il est aux côtés de Line Renaud dans Ma très chère Mathilde au théâtre des Marigny à Paris.
Au cinéma, on peut le voir dans de nombreux films : Les égarés de téchiné (2002), Deux jours à tuer
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