In carriera si è aggiudicata nove titoli WTA in singolare, tra cui gli US Open del 2011 battendo in finale Serena Williams e raggiungendo, nello stesso anno, la quarta posizione della classifica mondiale. Nei tornei del Grande Slam vanta inoltre la finale raggiunta al Roland Garros nel 2010 (battuta poi da Francesca Schiavone).
Prima di ottenere grandi risultati in singolare è stata anche un'ottima doppista diventando numero uno del mondo in doppio nel febbraio del 2006, specialità nella quale insieme alla statunitense Lisa Raymond (fino al 2008) e alla cinese Zhang Shuai (dal 2019) ha vinto in tutto ventotto tornei WTA e sette tornei del Grande Slam (tra doppio e doppio misto) e il Masters di fine anno nel 2005 e nel 2006.
Biografia Samantha Stosur è nata a Brisbane, figlia di Tony e Diana; ha due fratelli, Dominic e Daniel. Ha origini polacche. Quando aveva sei anni la casa e l'impresa familiare a Gold Coast vennero distrutte da un diluvio: la famiglia si trasferì ad Adelaide. Proprio qui, all'età di otto anni, scoprì la passione per il tennis: l'esperienza nacque proprio quando nel Natale di quell'anno le fu regalata una racchetta. Samantha si allenava con il fratello Daniel, che ha poi convinto i suoi genitori a farle frequentare lezioni di tennis.
Carriera tennistica Esordi Inizia a giocare nel circuito Juniores nel 1997, raggiungendo la decima posizione mondiale nel doppio e la ventisettesima nel singolare. Nel 1999 la Stosur comincia la carriera professionistica praticando lo sport nel circuito ITF. Ha debuttato nel circuito WTA nel 2000, perdendo al primo turno di qualificazione degli Australian Open. Nel 2001 vince i primi quattro titoli della sua carriera nel circuito ITF. Nel 2002 esce al primo turno del Thalgo Australian Women's Hardcourts di Gold Coast.
Nel 2003 la tennista vince il primo incontro in carriera in un circuito WTA, raggiungendo il terzo turno degli Australian Open. Qui perde contro la nº7 del tabellone, Daniela Hantuchová. Si qualifica anche per il torneo di Memphis, dove non riesce a vincere il primo incontro con Alexandra Stevenson.
Nel 2004 raggiunge le semifinali del Mondial Thalgo Australian Women's Hardcourts, ma perde in tre set contro Ai Sugiyama con il punteggio di 7–5, 3–6, 6–3. Nelle settimane successive raggiunge il secondo turno del torneo WTA di Hobart, l'allora Tasmanian International, e il secondo turno degli Australian Open. Si qualifica poi per i tornei WTA di Acapulco, Indian Wells, Vienna e Birmingham. Partecipa ai Giochi della XXVIII Olimpiade, uscendo al primo turno sia nel singolare che nel doppio in coppia con Nicole Pratt. Continua a partecipare ai turni di qualificazione di molti tornei WTA, qualificandosi in due occasioni. La prima al Japan Open Tennis Championships, dove esce al secondo turno contro Marija Šarapova, la seconda al Commonwealth Bank Tennis Classic; anche in questa occasione si fermerà al secondo turno. Nella parte conclusiva della stagione raggiunge in doppio la finale del Bell Challenge in coppia con Els Callens, ma le due vengono sconfitte con il punteggio di 7–5, 7–5 da Carly Gullickson e María Emilia Salerni.
2005 - Primi titoli Slam in doppio Samantha Stosur inizia la stagione 2005 raggiungendo la finale nel primo torneo dell'anno, il Mondial Australian Women's Hardcourts di Gold Coast, venendo sconfitta in tre set dalla svizzera Patty Schnyder con il punteggio di 1–6, 6–3, 7–5. Riesce ad arrivare alla finale del Medibank International di Sydney: dopo avere superato grazie a due walkover l'allora nº1 del mondo Lindsay Davenport e, in semifinale, Elena Dement'eva. Si arrende nuovamente a un passo dal titolo venendo sconfitta da Alicia Molik con il punteggio di 6(5)–7, 6–4, 7–5. Nello stesso torneo vince il suo primo torneo nel circuito WTA in doppio, in coppia con la connazionale Bryanne Stewart. Agli Australian Open verrà eliminata al primo turno dalla nº2 del mondo, Amélie Mauresmo, ma vincerà il titolo nel doppio misto in coppia con Scott Draper.
A luglio forma un buon team di doppio insieme all'americana Lisa Raymond; la coppia vincerà sette titoli WTA prima della fine della stagione, includendo gli US Open, la Kremlin Cup e il WTA Tour Championships. Samantha Stosur chiude la stagione alla 46ª posizione in singolare e alla 2ª in doppio.
2006 - Numero uno del mondo in doppio
Nella stagione del WTA Tour 2006 la Stosur e Todd Reid hanno rappresentato l'Australia alla Hopman Cup vincendo tutte le partite. La Stosur ha perso al primo turno a Sydney contro la ceca Nicole Vaidišová. Agli Australian Open esce al quarto turno contro Martina Hingis. Raggiunge in coppia con Lisa Raymond la finale nel doppio, ma perde. Dopo la sconfitta in doppio agli Australian Open la coppia Raymond-Stosur vincerà diciotto partite consecutive, vincendo i titoli a Tokyo, Indian Wells e Miami. Vincono anche la Family Circle Cup, il Roland Garros e, per il secondo anno consecutivo, il WTA Tour Championships.
Il 28 agosto Samantha Stosur raggiunge la posizione più alta della sua carriera fino ad allora in singolare, la nº30, dopo avere raggiunto le semifinali a New Haven, dove viene sconfitta da Lindsay Davenport. Chiude l'anno vincendo il WTA Tour Championships in doppio, chiudendo così la stagione alla posizione nº1 nella specialità preferita e alla nº29 in singolare. La coppia Raymond-Stosur viene nuovamente premiata sia come ITF World Champion che come Doubles Team of the Year.
2007 La coppia Raymond-Stosur si conferma nuovamente campionessa ai tornei WTA di Tokyo, Indian Wells e Miami. La coppia conquisterà poi anche il titolo del Qatar Telecom German Open di Berlino. In singolare la Stosur si qualifica per i tornei di Gold Coast, Tokyo e Memphis: in tutte e tre le occasioni uscirà ai quarti di finale. Agli Internazionali BNL d'Italia ha eliminato al primo turno la nº1 del tabellone, Amélie Mauresmo, ma esce di scene nel turno successivo, dove si arrende a Patty Schnyder.
Dopo gli Open di Francia Samantha ha iniziato a manifestare i sintomi di quella che dopo pochi mesi le sarebbe stata diagnosticata come malattia di Lyme, trasmessa dal morso delle zecche. Dall'evento la sua forma crollerà per tempo. Perde al secondo turno a Wimbledon e al primo turno degli US Open, dove rappresenta la nº29 del tabellone. Nel 2007 la tennista non parteciperà più a nessun altro torneo, chiudendo così la stagione alla nº46 in singolare e alla nº5 in doppio.
2008 La Stosur torna a giocare nel circuito ITF due tornei prima di partecipare agli Internazionali d'Italia 2008 a maggio, dove verrà eliminata al secondo turno da Venus Williams. Il torneo ha visto anche il ritorno della coppia Raymond-Stosur, che esce al secondo turno. Meno di un mese dopo la coppia verrà sconfitta nuovamente al secondo turno del Roland Garros: nello stesso torneo la Stosur arriva al secondo turno in singolare, sconfitta da Petra Kvitová.
La tennista a dimostrato un grande impegno a Wimbledon; in singolare esce al secondo turno, mentre in doppio perde la finale con la Raymond contro Venus e Serena Williams. Infine vince il titolo in doppio misto insieme a Bob Bryan. Ai Giochi della XXIX Olimpiade Samantha Stosur viene eliminata nel secondo turno da Serena Williams. Anche in doppio, con la compagna Rennae Stubbs, viene eliminata al secondo turno.
Ancora una volta Samantha Stosur viene sconfitta da Serena Williams nel secondo turno degli US Open. Ancora una volta protagonista in doppio è la coppia Raymond–Stosur, che si arrende in finale contro Cara Black e Liezel Huber. Alla fine della stagione Samantha Stosur è scesa alla nº52 nel ranking WTA di singolare e alla nº14 in doppio.
2009 Nel suo primo torneo della stagione del WTA Tour 2009 Samantha Stosur perde contro Lucie Šafářová al secondo turno del Brisban International. Al Medibank International viene sconfitta dalla testa di serie nº1, Serena Williams, al primo turno con il punteggio di 6–3, 6–7, 7–5. In coppia con Rennae Stubbs, teste di serie nº4, viene sconfitta al primo turno del torneo. Agli Australian Open esce al terzo turno in singolare contro la nº4 del tabellone, Elena Dement'eva, mentre in doppio, ancora in coppia con la Stubbs, viene sconfitta sempre al terzo turno dalle sorelle Williams.
Nella Fed Cup la Stosur vince quattro match contro vari avversari della Corea del Sud, della Thailandia e del Taipei Cinese. Il team australiano, che includeava anche Casey Dellacqua e Jelena Dokić, avanza fino ai World Group II Play-offs, vincendo tutti i dodici incontri. Al Dubai Tennis Championships Samantha viene sconfitta da Zheng Jie al secondo turno. Insieme alla Stubbs raggiunge la semifinale in doppio, perdendo da Cara Black e Liezel Huber, 4–6, 4–6.
A Indian Wells viene eliminata al secondo turno da Agnieszka Radwańska con il punteggio 6–3, 3–6, 5–7. In doppio la Stosur cede a Vera Zvonarëva e Viktoryja Azaranka con il punteggio 2–6, 6–3, [7–10]. Ai Sony Ericsson Open di Miami la Stosur sconfigge la testa di serie nº2 Dinara Safina, 6–1, 6–4; se la Safina avesse vinto quel match sarebbe diventata la nuova nº1 della classifica WTA. Samantha Stosur viene sconfitta nei quarti di finale da Vika Azarenka per 1–6, 0–6. In doppio raggiunge i quarti in coppia con la Stubbs. Alla fine del torneo sale di ben dodici posizioni in classifica, diventando la nº31 del ranking.
Il 25 e il 26 aprile si disputano i play-off di Fed Cup contro la Svizzera: Samantha vince il match inaugurale e consegnerà nel terzo incontro la vittoria al team australiano, dopo una dura battaglia vinta al terzo set, migliorando così il record in singolare della stagione 2009 di Fed Cup, per sei vittorie e nessuna sconfitta. Con questo risultato il team australiano dal 2010 farà parte del World Group II.
Nella stagione sulla terra rossa la Stosur viene eliminata al primo turno degli Internazionali BNL d'Italia dalla qualificata Jaroslava Švedova e viene sconfitta allo stesso turno anche in doppio. Successivamente prende parte ai Masters di Madrid, eliminando al primo turno la favorita nº10 del seeding Agnieszka Radwańska, ma perdendo al secondo contro Anna Čakvetadze. In doppio Stosur e Stubbs raggiungono la semifinale, ma vengono sconfitte da Cara Black e Liezel Huber.
Al Roland Garros Stosur e Stubbs escono al terzo turno, perdendo contro la coppia nº16 del tabellone formata da Yan Zi con Zheng Jie. In singolare elimina al primo turno Francesca Schiavone per 6–4, 6–2 e Yanina Wickmayer al secondo turno. Al terzo incontra la favorita nº4 del tabellone Elena Dement'eva: la elimina con il punteggio di 6–3, 4–6, 6–1. Negli ottavi sconfigge Virginie Razzano e nei quarti Sorana Cîrstea, assicurandosi un posto in semifinale; proprio perdendo questo match perde anche la sua prima semifinale in una prova dello Slam contro la futura vincitrice Svetlana Kuznecova. Con questo risultato Samantha Stosur entra a fare parte della top 20 del ranking WTA per la prima volta in carriera.
La Stosur inizia la stagione sull'erba partecipando all'Eastbourne International. Viene eliminata al secondo turno dalla futura campionessa Caroline Wozniacki. Dopo avere battuto la coppia nº1 del mondo con la compagna Stubbs perde la finale contro Ai Sugiyama e Akgul Amanmuradova. Al Torneo di Wimbledon è la testa di serie nº18 in singolare, specialità in cui verrà sconfitta al terzo turno (miglior risultato in carriera della tennista sull'erba dell'All England Club), mentre in doppio si presenta con la Stubbs (coppia nº3 del seeding). Nel torneo di doppio raggiunge per la seconda volta consecutiva la finale, ma come in precedenza non avrà la meglio: perderà contro le sorelle Williams. La Stosur deve anche difendere il titolo di doppio misto insieme a Bob Bryan, ma viene sconfitta nei quarti di finale.