Samantha "Sam" Simpson es la co-protagonista de la serie Totally Spies!.

Durante la secundaria, Sam asistió a Beverly Hills High. Después, asiste a la Universidad de Malibú. Sam es una estudiante de sobresalientes. Como se menciona en el episodio "Spies in Space", tiene las mejores notas de toda la historia de la Beverly Hills High School. A pesar de ello, Sam no fue la mejor estudiante de su promoción cuando se graduó; ese honor fue para Arnold Jackson. 

Es la líder de su grupo gracias a su inteligencia y carisma.

Un gag recurrente en la serie es que los villanos la lavan el cerebro para que se vuelva contra Clover y Alex.

Su color característico es el verde, aunque en una ocasión afirmó que su color favorito es el morado.

Su voz en las temporadas 1 a 6 corre a cargo de Jennifer Hale, quien también dobló a Samus Aran en la serie Metroid y a Bayonetta en Bayonetta 3. En el doblaje húngaro, la voz fue de Csondor Kata, quien también dobló a Ella de Happily N'Ever After. En el doblaje japonés de la serie, la voz fue de Naoko Matsui, quien también dobló a Sonoko Suzuki en Detective Conan.

Sam es una chica hermosa y esbelta, con una melena larga, gruesa y pelirroja, ojos verde esmeralda, y aparenta ser de raza caucásica. Se le ve un pico de viuda en la frente. Algunos fans han especulado que podría tener ascendencia irlandesa. El estilo de vestir de Sam se considera "hippie pijo". Suele llevar faldas largas, faldas de longitud media o corta, blusas fluidas, vestidos, camisas abotonadas, chalecos, vaqueros, gargantillas, botas, sandalias de plataforma con tacón alto y tacones finos. Sam normalmente lleva el pelo recogido en una media cola, pero a veces lo luce con otros peinados, como una cola de caballo completa o coletas.

Sus atuendos suelen tener estampados de flores o lleva accesorios floreados. Sin embargo, también se la ve con zapatillas de caña alta. En ocasiones lleva un traje de baño verde de una pieza, como se ve en "The Getaway" y otros episodios. Su traje de baño también puede ser un bikini. Lleva un bikini rosa con una falda que cubre la parte inferior en "The Eraser". Lleva un bikini turquesa con una falda a juego con flores rosas en "Jungle Boogie".

En la temporada 1, el atuendo principal de Sam era una camisa azul con un gran cuello blanco que le cubría media figura, y zapatos blancos. En "Stuck in the Middle Ages with You", su atuendo principal se modifica ligeramente: la camisa azul pasa a ser roja, el gran cuello blanco se vuelve rosa pálido y los zapatos blancos se sustituyen por botas rosa claro hasta la rodilla. Además, se añade un cinturón como accesorio. En "Malled", conserva su atuendo principal con pequeños cambios: la camisa azul se vuelve rosa fucsia, pero mantiene el cuello y los zapatos blancos.

En la temporada 3, "The Incredible Bulk" y "Power Yoga Much?" En episodios como estos, lleva un top verde sin espalda y escote en V de yoga y mallas verdes de yoga a la altura de la rodilla, tipo licra, mientras entrena y hace yoga, con el pelo recogido en una cola de caballo alta.

Su segundo atuendo más usado, como se ve en "The O.P.", se presenta en varias combinaciones de colores. Consiste en una chaqueta abierta, verde, amarilla o magenta, un top corto debajo, rosa o blanco, y pantalones remangados, verde oscuro, caqui o azul. Siempre lleva un cinturón rosa a la cintura, sea cual sea el color de los pantalones.

En el final de dos partes de la temporada 6, "So Totally Versailles!", la forma disfrazada de Sam es un vestido clásico de manga larga en cian y verde claro, con diseños florales azules en parte del vestido, mientras su rostro y su pelo se transforman en un look de estilo clásico y su cabello se recoge en un gran moño de la época barroca.

Sam, Alex y Clover empiezan sus nuevas vidas en Beverly Hills, California. Cuando las tres estaban a punto de cruzarse frente a un restaurante de sushi, unos agentes de WOOHP cercanos (incluido Jerry) provocan a propósito que el gigantesco rollo de sushi de encima de la entrada se desprenda y las persiga, liberando en el proceso a algunos animales cercanos. El enorme rollo de sushi, con las tres chicas rodando sobre él, persigue a un cerdito hasta la calle. Las tres logran evitarlo, salvan la vida del cerdito (al que Alex adoptará después y llamará "Oinky") y destruyen el rollo de sushi antes de que cause daños. Después de eso, Alex, Sam y Clover se presentan, y así nace su amistad cuando más tarde se vuelven a encontrar en su nuevo colegio, conocen a la directora Miss Skrich y a sus rivales, Mandy, Dominique y Caitlin.

Clover ofrece a sus nuevas amigas un cambio de ropa después de que Mandy les rocíe con una máquina de chai, pero acaban siendo succionadas por una taquilla y llevadas a una de las oficinas de WOOHP. Allí conocen a Jerry y a otro agente de WOOHP, Tad. Jerry revela que WOOHP las había observado en secreto desde la infancia, muestra vídeos de cada chica y las escoge como reclutas ideales para la organización. Sin embargo, las chicas rechazan la invitación de inmediato y se niegan a unirse. Pero más tarde son "obligadas" a entrenar tras vivir cada una experiencias traumáticas que aparentemente tienen relación con WOOHP. Aceptan pasar por el entrenamiento y completarlo en 48 horas.

Tras el entrenamiento, se ven lanzadas a su primera misión cuando famosos como la estrella del rock Rob Hearthrob y la psicóloga animal Peppy Wolfman son secuestrados misteriosamente. Aquí también se explica cómo las chicas obtienen sus uniformes de distinto color (gracias a una sugerencia de diseño de Clover). Primero van al edificio de Wolfman, donde Alex hace que Oinky "se vuelva loco por mamá" como distracción, y Oinky corre a propósito por el vestíbulo con los demás animales y la recepcionista persiguiéndolos. Más tarde descubren que cada uno pasó por una transformación a manos de una misteriosa máquina llamada "Fabulizor", algo que descubren gracias a las imágenes de seguridad del despacho de Wolfman. Después ven que todos en el colegio también han pasado por el Fabulizor y lucen el mismo aspecto al día siguiente, y Oinky acaba pasando también por el Fabulizor y recibe la misma transformación. Todo esto ocurre tras casi ser alcanzadas por un esbirro de Fabu en un caza mientras las llevaban de vuelta al colegio, y tras esquivar a Miss Skritch por poco al colarse de nuevo en el edificio.

Esa noche, siguiendo a Mandy, descubren que todos los que pasaron por el Fabulizor fueron hipnotizados por un chip especial en el pómulo antes de la transformación; Alex ve a Oinky entre la multitud y lo agarra, y Sam y Clover se agarran a Alex mientras las secuestran a una extraña estación espacial en el espacio exterior. Allí conocen al cerebro de todo el asunto, Fabu, una modelo de pasarela que perdió la fama en cinco minutos sobre la pasarela y que se avergonzaba de no haber formado parte de la multitud durante su infancia. Las espías se delatan accidentalmente y son capturadas por los esbirros más fuertes de Fabu.

Entonces explica todo su plan: secuestrar a todos los que pasaron por el Fabulizor y encerrarlos en una estación espacial especial que llama Fabutopía, para que vivan nuevas vidas en un entorno lujoso; después, usar un misil para destruir toda la Tierra, y luego usar el Fabulizor al revés para dar a las chicas transformaciones horribles (Sam obtiene piel verde, Clover le crece una ceja unibrow y Alex sufre granos enormes). Acto seguido las manda de vuelta a la Tierra en cohetes. Pero justo cuando se marcha, las cosas se complican cuando Tad vuelve a encontrarse con las chicas, todavía prisioneras, y dice que las dejará fracasar en la misión y detendrá a Fabu él mismo, llevándose todo el mérito y recuperando su estatus de "agente favorito" ante Jerry.

Pero tras una pelea con Fabu, Tad queda atado al misil con destino a la Tierra. Las chicas logran escapar y, después de reparar el daño que el Fabulizor les causó, van tras Fabu. No pueden impedir que el misil despegue, pero se suben a él mientras se dirige a la Tierra con Tad todavía sujeto. Consiguen hacer girar el misil para destruir la estación, algo que sorprende a las chicas, ya que antes no tenían ni idea de cómo detenerlo, y Alex golpea el panel de control con el manual de WOOHP. Después, aparece por sorpresa Jerry con una de las naves de WOOHP, rescatan a las personas secuestradas que están a bordo de la estación (liberándolas del trance hipnótico al destruir la baliza de señal del bastón de Fabu) y evacúan a todos a salvo, incluido Oinky, a quien Alex creía que nunca lograría salir a tiempo, pero que corre rápido hacia ella y se reúne con Alex justo antes de que el misil explote y destruya la estación en un final de fuegos artificiales.

Después persiguen la nave de Fabu, logran destruirla y capturan a Fabu y a su Esfinge en su cápsula de escape. Tras la misión, las chicas admiten que al principio fue difícil, pero que también las hizo amigas, así que aceptan su papel como espías. Alex recibe la invitación de una sesión con Wolfman, y Clover recibe por teléfono una cita de Rob Hearthrob. Pero antes de eso regresan al colegio para enfrentarse al castigo de la directora por los "daños" que causaron al intentar evitarla antes en la película (porque Sam usó un lápiz labial láser para abrir una salida en la pared). Afortunadamente, parece que, gracias a WOOHP, tienen una nueva directora, cuyo nombre no se revela, que aparentemente no sabe nada del castigo de las chicas y le da a Sam grandes elogios.

Sam, Clover y Alex celebran por última vez que se han vengado de Mandy, gracias a uno de los gadgets de WOOHP; son succionadas hacia otra misión. Las chicas se apresuran a mencionar compromisos personales, pero pronto se encuentran huyendo de un jet de WOOHP que se prepara para aspirarlas a bordo. Sin embargo, las chicas están listas para su misión: se cambian a sus uniformes de espía y proclaman su amistad cuando termina la película.