Né le 23 septembre 1953 à Port-Saïd, en Égypte, Sam Karmann abandonne des études de médecine pour se former à la comédie, au cours Florent puis à l'ENSATT. Il débute au cinéma en 1982 dans Le Grand Pardon d'Alexandre Arcady, tournage sur lequel il fait la rencontre déterminante de Roger Hanin, qui l'engage ensuite dans ses propres réalisations, Train d'enfer et La Rumba. Il devient surtout populaire grâce à la série Navarro, où il incarne l'inspecteur Barrada aux côtés de Roger Hanin de 1989 à 1995. Sa rencontre avec le tandem Agnès Jaoui et Jean-Pierre Bacri, via la pièce puis le film Cuisine et dépendances, marque également un tournant de sa carrière, tout comme son rôle du tueur en série halluciné dans La Cité de la peur en 1994. En 1992, il écrit et réalise son premier court métrage, Omnibus, qui rafle la Palme d'or du court métrage à Cannes, le BAFTA du meilleur court métrage et l'Oscar du meilleur court métrage en prises de vue réelles. Il attend 1999 pour signer son premier long métrage, Kennedy et moi, adapté du roman de Jean-Paul Dubois avec Jean-Pierre Bacri, puis enchaîne avec À la petite semaine en 2002, porté par Gérard Lanvin, Jacques Gamblin et Clovis Cornillac, et La Vérité ou presque, adaptation de Stephen McCauley avec Karin Viard et André Dussollier.
Sa rencontre déterminante avec Roger Hanin, à la fois metteur en scène et partenaire de jeu durant près d'une décennie sur Navarro, façonne durablement son rapport au cinéma populaire français. Sa proximité avec le tandem Agnès Jaoui et Jean-Pierre Bacri, dont il partage la sensibilité pour la comédie de caractères fine et ironique, nourrit également son écriture de futur réalisateur. Le triomphe international de son court métrage Omnibus, récompensé sur les plus grandes scènes mondiales, lui donne la confiance nécessaire pour se lancer dans le long métrage plusieurs années plus tard.
Sam Karmann développe une mise en scène attentive à la psychologie masculine, souvent centrée sur des hommes en crise ou en quête de sens, comme dans Kennedy et moi. Il privilégie les portraits de groupe et les récits choraux, à l'image d'À la petite semaine, qui explore l'amitié virile à travers un trio de personnages mêlant polar et drame intime. Son écriture, marquée par le sens du dialogue et de la réplique, témoigne de son admiration revendiquée pour Michel Audiard et le cinéma populaire français de qualité.
Son court métrage Omnibus remporte la Palme d'or du court métrage au Festival de Cannes 1992, le BAFTA du meilleur court métrage en 1993 et l'Oscar du meilleur court métrage en prises de vue réelles la même année. Kennedy et moi, son premier long métrage, est nommé dans la catégorie meilleure découverte aux BAFTA Awards, tandis que son interprète principal, Jean-Pierre Bacri, obtient une nomination au César du meilleur acteur.
Il retrouve à plusieurs reprises l'acteur et scénariste Jean-Pierre Bacri, notamment sur Kennedy et moi. Il collabore également avec des comédiens phares du cinéma populaire français, dont Gérard Lanvin, Jacques Gamblin et Clovis Cornillac sur À la petite semaine, ainsi que Karin Viard et André Dussollier sur La Vérité ou presque.
La crise existentielle masculine, souvent traversée à l'âge mûr, structure l'ensemble de son œuvre de réalisateur, de Kennedy et moi à La Vérité ou presque. L'amitié virile et ses tensions, mêlée aux codes du polar, occupe également une place centrale dans À la petite semaine. Le mensonge et l'apparence sociale, thème central de La Vérité ou presque, complètent enfin sa signature de cinéaste attentif aux faux-semblants de la comédie de mœurs.