Sam Roland Heughan dilahirkan pada 30 April 1980 di daerah bersejarah Dumfries and Galloway. Ibu bapanya pernah menjadi sebahagian daripada komuniti hippie di London yang dipanggil Gandalf's Garden yang banyak dipengaruhi oleh karya J. R. R. Tolkien memberi inspirasi kepada mereka untuk menamakan Heughan dan abangnya selepas watak daripada The Lord of the Rings.[8] Ibu Sam, Chrissie Heughan, seorang artis dan pembuat kertas artisan bergelut untuk membesarkan dua beradik itu selepas bapa mereka pergi ketika mereka berdua masih muda.[9] Berumur lima tahun Heughan berpindah dari Dumfries dan Galloway ke New Galloway yang berdekatan di mana dia bersekolah di Sekolah Rendah Kells. Pada masa ini dia tinggal di kandang yang ditukar di kawasan Istana Kenmure.[10] Berpindah ke Edinburgh pada usia dua belas dia menghadiri Sekolah Menengah James Gillespie selama setahun dan kemudian Edinburgh Sekolah Rudolf Steiner sehingga penghujung tahun keenam.[11] Dia kemudiannya menghabiskan dua tahun bekerja dan mengembara dan telah dianugerahkan tempat berprestij di RSAMD, Akademi Muzik dan Drama Diraja Scotland (kini Royal Conservatoire of Scotland) di Glasgow, menamatkan pengajian pada tahun 2003.[10][12] Semasa persekolahannya dia membuat persembahan dalam pelbagai drama termasuk "The Twits" di Citizens Theatre, adaptasi daripada Fyodor Dostoyevsky's Jenayah dan Hukuman, Anton Chekhov The Seagull, Aeschylus's tragedi Yunani Prometheus Bound, dan Shakespeare Romeo dan Juliet.[13][14][15] Pada tahun 2002, sejurus sebelum menamatkan pengajian Heughan adalah salah seorang daripada empat pelajar yang dipilih untuk mewakili RSAMD di pertandingan bakat radio BBC Carlton Hobbs.[16][17]