Passionné de sport, Sam J. Jones intègre les Marines après le lycée. Une fois son engagement terminé, il se consacre au football américain et joue en tant que semi-professionnel pour les Seattle Seahawks. En parallèle de sa carrière sportive, il travaille comme mannequin et joue dans de nombreuses publicités, ce qui lui permet de compléter ses revenus. En 1977, il décide finalement d'arrêter le football et s'installe à Los Angeles, dans le but de faire carrière au cinéma. Pour ce, le natif de Chicago enchaîne les castings.
Sam trouve son premier rôle en 1979 dans la comédie romantique Elle de Blake Edwards. Il gagne, l'année suivante, brusquement en notoriété lorsqu'il est choisi pour camper le rôle-titre de Flash Gordon de Mike Hodges, un film d'action et de SF qui s'inspire du comic strip du même nom créé par Alex Raymond en 1934. A défaut de connaître un succès commercial et critique, le long métrage entre dans la légende de la pop culture pour son ton gaiement kitsch et sa mythique bande-originale signée Queen.
Sam J. Jones se tourne alors ensuite vers la télévision, apparaissant dans plusieurs séries comme Code Red, 1st & Ten, The Highwayman, Cobra, Alerte à Malibu, Walker Texas Ranger, Le Rebelle et Les Dessous de Palm Beach pour ne citer qu'elles. Il enchaîne parallèlement les téléfilms et autres films à petit budget (dans lequel il fait souvent office de méchant), comme Under the Gun, Driving Force, Trigon fire, Force Maximum, The Other Woman ou Da Vinci's War. En 1998, il campe le garde forestier dans Hollywood Safari.
Tournant de moins en moins à partir des années 2000, Sam J. Jones peut tout de même être vu en 2002 dans le DTV d'action Redemption : Un flic en enfer. En 2012, il incarne son propre rôle dans la lucrative comédie Ted, emmenée par Mark Wahlberg, Mila Kunis et le réalisateur Seth MacFarlane (prêtant son timbre au petit ours trash). Compte tenu du succès du long métrage (560 millions de dollars de recettes mondiales !), une suite voit le jour trois ans plus tard, dans laquelle l'acteur apparaît également.
Laurent Schenck