Родился в семье литературоведа, профессора Харьковского университета Михаила Павловича Самарина. В 1920-х годах родители развелись, и Роман воспитывался матерью, Юлией Ивановной Самариной. Михаил Павлович Самарин сохранил дружеские отношения с сыном. Сильное влияние на Романа Самарина оказал А. И. Белецкий, с которым они тесно дружили семьями. В юности входил в литературное объединение «Порыв» вместе со Львом Копелевым. Публиковался с 1928 года. В 1933 окончил Харьковский педагогический институт профессионального образования. Во время войны в эвакуации в Томске. После войны работал в Москве, защитил там докторскую диссертацию (1948).
С 1947 года — заведующий кафедрой истории зарубежных литератур филологического факультета МГУ, с 1953 — заведующий отделом истории зарубежной литературы Института мировой литературы АН СССР. Декан филологического факультета МГУ в 1956—1961. (Самарин занимал все эти посты, оставаясь беспартийным). Член-корреспондент Академии искусств ГДР (с 1965).
Согласно воспоминаниям учившейся у Самарина Лилианы Лунгиной, рассказывающим, в частности, о роли Самарина в кампании по «борьбе с космополитизмом» в МГУ,
