Písať a čítať sa Samuel Zoch naučil v škole svojho otca. Neskôr pokračoval v štúdiu na gymnáziu v Banskej Bystrici a v Šoproni, kde absolvoval prvé tri ročníky teológie. Štúdium nakoniec dokončil vo Viedni.

Samuel Zoch sa narodil v Cerove v rodine evanjelického učiteľa Stanislava Zocha. Z tejto rodiny pochádzalo viacero významných osobností. Zochov starý otec Ctibor Zoch bol predstaviteľ štúrovskej generácie, účastník pamätného zhromaždenia na Devíne, zakladajúci člen spolkov Vzájomnosť, Tatrín a Matice slovenskej. Strýko S. Zocha Ivan Branislav Zoch bol profesor na prvom slovenskom gymnáziu v Revúcej, riaditeľ gymnázia v Sarajeve a tvorca slovenskej matematickej a prírodovednej terminológie. Jeho švagrom bol známy spisovateľ a politik Martin Rázus.

Stál pri zrode ČSR. V období pred prvou svetovou vojnou a počas nej udržiaval S. Zoch styky s viacerými významnými predstaviteľmi slovenského politického života, medzi ktorých patrili Kornel Stodola, Milan Hodža či Matúš Dula. Zochovým kaplánom bol isté obdobie aj Martin Rázus, ktorý sa oženil s jeho sestrou Elenou.
V roku 1918 stál pri zrode Československej republiky. Na fare v Modre sa zrodil text Martinskej deklarácie, ktorou sa slovenskí politici prihlásili k novému štátu. Zhromaždenie v Martine ustanovilo 30. októbra 1918 Slovenskú národnú radu a zvolilo jej dvadsať členov, medzi ktorými bol aj S. Zoch. V mene SNR prijalo Martinské zhromaždenie text deklarácie predložený S. Zochom.
Budovanie nového štátu nebolo jednoduché. Štátnu moc na Slovensku reálne vykonávala budapeštianska vláda, ktorá disponovala ozbrojenými zložkami. Po vyhlásení nového štátu sa stal S. Zoch vedúcim predstaviteľom SNR pre Bratislavu a okolie. Toto národnostne zmiešané územie malo pre ČSR strategický význam.
S. Zoch sa na sklonku roku 1918 rozhodol rokovať s uhorským županom Zoltánom Jankóm, s ktorým sa dohodol na pokojnom prevzatí moci. Československé vojsko obsadilo Bratislavu 1. januára 1919. Najmä maďarské a nemecké obyvateľstvo mesta sa však nestotožňovalo so začlenením Bratislavy do ČSR. Ukázalo sa to napríklad pri návšteve predstaviteľov dočasnej slovenskej vlády, ktorú obyvateľstvo mesta vrátane úradníkov ignorovalo. Po začlenení Bratislavy do ČSR sa prvým slovenským bratislavským županom stal práve S. Zoch.
Vyhlásenie ČSR vyvolalo potrebu vytvoriť administratívne centrum Slovenska. V tejto súvislosti sa uvažovalo o Martine, Žiline, Košiciach, Banskej Bystrici či Nitre. Nakoniec však prevládol názor, aby sa hlavným mestom slovenskej časti štátu stala Bratislava. Zásluhy v tomto smere patria nepochybne aj S. Zochovi, ktorý presviedčal vládnych predstaviteľov, že práve ona má najvhodnejšie podmienky, aby sa stala hlavným mestom.

Samuel Zoch bol známy svojím tolerantným postojom voči rôznym skupinám obyvateľstva. S vládnymi predstaviteľmi sa nezhodol napríklad v názore na riešenie národnostných otázok či zachovanie cirkevného školstva. Pre tieto nezhody sa zakrátko rozhodol vzdať sa funkcie župana a sústredil sa na svoje pôsobenie v rámci evanjelickej cirkvi na Slovensku.
V roku 1919 bol S. Zoch vymenovaný za administrátora biskupstva evanjelickej cirkvi Západného dištriktu. Túto funkciu vykonával až do októbra 1922, keď ho v Liptovskom Mikuláši spolu s J. Janoškom vysvätili za biskupa. Stal sa tak jedným z prvých dvoch slovenských evanjelických biskupov. Politickej činnosti sa S. Zoch venoval aj naďalej. V roku 1925 sa stal poslancom Národného zhromaždenia za agrárnu stranu. Presadzoval politiku tolerancie a zmierenia. Vo vzťahoch medzi Čechmi a Slovákmi ako aj vo vzťahu k menšinám sa snažil o vzájomné porozumenie a dialóg. Mnohé z jeho plánov však zostali nenaplnené. Zomrel v roku 1928 v Bratislave na následky mozgovej príhody.