Sam Rockwell werd geboren op 5 november 1968 in San Mateo, Californië, het enige kind van twee acteurs, Pete Rockwell en Penny Hess. Het gezin verhuisde naar New York toen hij twee jaar oud was, eerst in de Bronx en later in Manhattan. Toen Sam vijf jaar oud was, gingen zijn ouders uit elkaar, waarna hij en zijn vader naar San Francisco verhuisden, waar hij vervolgens opgroeide, terwijl de zomers hij bij zijn moeder in New York doorbracht.