Samuel Willenberg wurde 1923 im polnischen Czestochowa als Sohn eines jüdischen Vaters und einer russisch-orthodoxen Mutter geboren. Seine Mutter besorgte den Haushalt, während sein Vater als Lehrer und Synagogenmaler arbeitete. Kurz vor Ausbruch des Zweiten Weltkriegs zog die Familie nach Opatow, wo Vater Willenberg eine Synagoge bemalen sollte. Dort verhafteten im Oktober 1942 die Deutschen Samuel Willenberg, der bis dahin mit gefälschten Papieren die Besatzung überlebt hatte.
Zusammen mit einem Großteil der jüdischen Bevölkerung Opatows deportierte man ihn in das Vernichtungslager Treblinka. Willenberg gab vor, Maurer zu sein und wurde als Arbeitshäftling ausgewählt. Alle anderen in diesem Transport wurden sofort vergast. Für eine geplante Massenflucht organisierten Häftlinge, unter ihnen Samuel Willenberg, am 2. August 1943 einen Aufstand in Treblinka. Willenberg konnte fliehen und erreichte Warschau, wo er bis zum Ende des Krieges in der polnischen Untergrundarmee gegen die Deutschen kämpfte.
Nach dem Krieg suchte Samuel Willenberg im Auftrag einer zionistischen Organisation jüdische Kinder, die den Holocaust im Verborgenen überlebt hatten und brachte jüdische Jugendliche illegal nach Italien.
1950 emigrierte er mit seiner Frau Ada – sie hatten 1948 geheiratet – nach Israel. In Tel Aviv arbeitete er 40 Jahre im Entwicklungsministerium. Nach seiner Pensionierung begann Samuel Willenbergs zweite Karriere: Er studierte Malerei, Bildhauerei und Kunstgeschichte in Tel Aviv. Seine Skulpturen zeigen Menschen und Szenen aus Treblinka. Die Plastiken waren in mehreren Ausstellungen zu sehen. Darunter im Palast des israelischen Präsidenten in Jerusalem und in der Nationalgalerie der Künste, Zacheta, in Warschau. Samuel Willenberg lebt mit seiner Frau Ada in Tel Aviv. Das Paar hat eine Tochter und drei Enkelkinder.