Apja az alberti szlovák telepesek papja volt, az ő halála után német származású felesége Pozsonyba költözött hétéves fiával. Tessedik a pozsonyi evangélikus gimnáziumban, majd - hogy a magyar nyelvben járatosabb legyen - a debreceni református kollégiumban tanult. 1763-tól az erlangeni evangélikus egyetemen teológiát, orvosi és természettudományokat tanult, majd Halléban a nagy hírű árvaházat, Jena és Potsdam környékén a csatornarendszereket, a vízszabályozó gátakat, az öntözéses kísérleteket, a lecsapolási munkálatokat, a homokmegkötést, a mezőgazdasági ipart és a közoktatást tanulmányozta.
1767-ben segédlelkésznek hívták a Békés megyei Szarvasra, ahol rövidesen vezető lelkész lett, és tanított az evangélikus iskolában. Két házasságából 18 gyermeke született, közülük azonban csak kilenc érte meg a felnőttkort.

Tessedik 1780 májusában (Mária Terézia tanügyi rendelete, a Ratio Educationis kiadása után három évvel) megalapította "gyakorlati gazdasági intézetét". Iskolája három fő részre tagolódott: az elemi vagy népiskolai tagozaton az általános alapismereteket oktatták, a második tagozaton mezőgazdasági témák, a harmadikon az ún. műipari ismeretek elsajátítása volt a cél. Ez utóbbi tagozatok a természettudományi és a gazdasági tárgyakra helyezték a súlyt, nem mellőzve a gyakorlati oktatást sem. A tanítás nyelve a tananyag jellegétől, a tanulók összetételétől függően szlovák, német vagy magyar volt, a tankönyvek jelentős részét Tessedik írta. Az iskola, amelyet könyvtár, laboratórium és szemléltető gyűjteménytár egészített ki, nyitva állt a tanulni vágyó parasztfiatalok előtt, ellátta a leendő néptanítók gazdasági továbbképzését, és a gazdálkodás vezetéséhez - későbbi szóhasználattal a gazdatiszti teendőkhöz - elengedhetetlen alapismereteket is oktatták.

Tessediknek egyre több vitája támadt az egyházközség elöljáróival, végül 1795-ben fel kellett függesztenie az iskola tevékenységét. A képzés három év múlva állami támogatással újraindult, de ekkor már a Helytartótanács felszólítására a "diákokat", a jobbára felnőtt, nemesi származású, gazdasági vezetésre kiszemelt férfiakat a vármegye küldte. Az Európa-szerte ismert gyakorlati gazdasági iskola 1806-ban zárt be végleg, pénz hiányában. A szarvasi példára indult 1802-ben a nagyszentmiklósi gyakorlati gazdasági szakiskola, amely ugyancsak Tessedik tervei alapján kezdte meg működését.

Szerteágazó és gazdag írásos életműve több mint négyszáz tételt számlál. 1784-ben jelent meg fő műve Der Landmann in Ungarn címmel - a magyar fordítás két évvel később A parasztember Magyarországon mitsoda és mi lehetne címmel látott napvilágot. Tessedik a parasztság korabeli állapotának leírása után azt boncolgatja, hogy milyennek kellene lennie az "eszményi" falunak és gazdaságának. Műveiben feltárta Szarvas gazdasági fejlődését, összefoglalta a szarvasi iskola küzdelmes éveit, önéletírásában pályafutása sikereit és kudarcait. Számos könyve foglalkozik a mezőgazdaság egy-egy ágazatával (fásítás, állattenyésztés, állatorvoslás stb.).

Tessedik elévülhetetlen érdemeket szerzett az alföldi szikesek befásítása, az akácfa és a mezővédő erdősáv meghonosítása, a rétművelés, a szénaszárítás és a szénapajták építése terén. Jó példát mutatott a lóhere és a lucerna, a kertészeti kultúrák (saláta, burgonya, sárgarépa) termesztésére. Az istállózott állattartás révén rendszeresen tudta trágyázni a földeket, ő alkalmazott Szarvas környékén először sorvetést, meghonosította a vasborona és a henger használatát. Új méznyerési eljárásának köszönhetően a méheket már nem kellett elpusztítani. Közreműködött a feldolgozóipar, az értékesítés, a vízi és szárazföldi szállítás megszervezésében, kutakat fúratott a tiszta ivóvíz biztosítása érdekében, szorgalmazta az árva- és szegényügy megoldását. Részt vett a keszthelyi Georgikon megszervezésében, amelynek elnöke is volt.

Tessedik, aki 1809-ben magyar nemességet kapott, 1820. december 27-én hunyt el Szarvason. Nevét viselte a 2008-ban a gödöllői Szent István Egyetem szervezetébe beleolvadt szarvasi főiskola, jelenleg is működik a gödöllői Tessedik Sámuel Anya- és Gyermekotthon. A Magyar Agrártudományi Egyesület 1961-ben Tessedik Sámuel emlékérmet alapított, melyet évente ítélnek oda.