Entré à l’École normale supérieure en 1940, il se retrouva rapidement dans la résistance, et ce n’est qu’après-guerre qu’il entama ses recherches aux États-Unis (à Princeton), où il soutint sa thèse. Spécialiste d’algèbre commutative et de géométrie algébrique, il obtint de brillants résultats et rejoignit le groupe Bourbaki, dont il filmait certaines des réunions. Il avait de plus un talent de pédagogue exceptionnel : tous ses étudiants (à Clermont-Ferrand, puis à la Sorbonne et Orsay) vous diront qu’il parvenait à rendre « faciles » à ses auditeurs des théories extrêmement subtiles.
C’est lors d’un séjour à Harvard, en 1969, qu’il découvrit ce qui allait devenir l’écologie. Il fonda en 1970, avec Alexandre Grothendieck et Claude Chevalley, le groupe Survivre et vivre. Mais, en vrai scientifique, il refusa le dogmatisme qui s’y instaurait et le quitta en 1973 pour le groupe Les Amis de la Terre.
Outre ses livres mathématiques, Pierre Samuel a publié trois ouvrages autour de l’écologie, dont le premier, Écologie : détente ou cycle infernal (1973), dans la collection 10-18, pose les bases d’une écologie raisonnée et scientifique. Les deux autres ouvrages, dans la collection Les cahiers de l’écologie, sont consacrés au nucléaire et à l’effet de serre. Il est aussi l’auteur d’un livre autour de l’histoire du féminisme, Amazones, guerrières et gaillardes.