Рудольф Лазаревич Самойлович родился 13 сентября 1881 года в Азове в семье еврейского коммерсанта. После окончания Мариупольской гимназии поступил на физико-математический факультет Новороссийского университета, где увлёкся революционной деятельностью и вскоре оказался под надзором полиции. Мать, опасаясь ареста сына, отправила его продолжить обучение за границу. Во Фрайберге он окончил Горную академию в 1904 году, но и там участвовал в революционных кружках, переправляя из Германии нелегальную литературу. После возвращения в Россию продолжил подпольную работу, печатая прокламации в типографии брата. В 1906 году переехал в Ростов-на-Дону, участвовал в революционных митингах и агитации среди рабочих и солдат, за что был арестован. Некоторое время жил в Петербурге под чужим именем, затем был выслан в Архангельскую губернию, где стал секретарём общества по изучению Севера и познакомился с Владимиром Русановым.

В 1912 году участвовал в экспедиции Русанова на Шпицберген, где началось его увлечение Арктикой. В 1920 году стал одним из основателей Северной научно-промысловой экспедиции, которую затем возглавил. После её реорганизации руководил Институтом по изучению Севера, а затем был заместителем директора Всесоюзного арктического института. В 1928 году Самойлович стал начальником знаменитой экспедиции на ледоколе «Красин», спасавшей итальянского полярника Умберто Нобиле и экипаж дирижабля «Италия». Это событие принесло ему мировую известность. В 1931 году он возглавил научную часть международной экспедиции на дирижабле «Граф Цеппелин», а в последующие годы руководил рядом советских арктических походов — на судах «Русанов», «Седов» и «Садко». В 1934 году стал профессором и доктором географических наук, возглавил кафедру полярных стран в Ленинградском университете.

Самойлович был автором многочисленных трудов по изучению Арктики, в том числе книг «Первый поход Красина», «Во льдах Арктики», «Путь к полюсу» и «Моя восемнадцатая экспедиция». Его научная и организационная деятельность сыграла ключевую роль в становлении советской полярной науки. Он был награждён орденом Ленина и орденом Трудового Красного Знамени.

Личная жизнь Самойловича была связана с трагедиями. Его первая невеста, Софья Щепкина, участвовавшая с ним в революционной деятельности, покончила с собой после ареста. Позднее он женился на её сестре Марии Щепкиной, у них родились две дочери — Софья, ставшая геологом, и Мария-Тамара. После развода Самойлович женился вторично на Елене Ермолаевой, в этом браке родился сын Владимир, участник арктических экспедиций и военврач, арестованный после войны.

В июле 1938 года Самойлович был арестован и в марте 1939 года расстрелян по обвинению в измене Родине. Его имя было вычеркнуто из официальных документов, а на карте Карского моря остров Самойловича заменили на «Длинный». Только в 1957 году он был посмертно реабилитирован. Похоронен в братской могиле Донского кладбища в Москве.

Имя Самойловича увековечено в географических названиях — проливе, бухте, ледниковом куполе, острове и полуострове в Арктике и Антарктиде. В Азове открыт дом-музей, посвящённый его жизни и экспедициям. В 2000 году Россия выпустила почтовую марку с его портретом, а в 2018 году в его честь назван ледокольный танкер-газовоз проекта «Ямал СПГ».