Eusebios bol biskupom v Samosate (neskorší turecký Samsat, zaplavený pri výstavbe Atatürkovej nádrže v 80. rokoch 20. storočia). Na synode v Antiochii (dnešnej tureckej Antakyi) v roku 363 uznal spolu s ďalšími biskupmi rozhodnutia Prvého nicejského koncilu. V roku 370 vysvätil Bazila Veľkého za biskupa a spriatelil sa aj s Gregorom z Nazianzu.
Podobne ako Bazil bojoval proti učeniu arianizmu, ktoré vtedy prevládalo v jeho cirkvi. V prestrojení za vojaka cestoval po Sýrii a Palestíne a tajne vysväcoval stúpencov rozhodnutí koncilu v diecézach, ktoré predtým nasledovali arianizmus. V roku 374 ho cisár Valens, ktorý bol zástancom arianizmu, vyhnal do Trácie, no po cisárovej smrti v roku 378 sa mohol vrátiť do svojho úradu.
V roku 378 bol Eusebios účastníkom synody v Antiochii, ktorá sa usilovala o dohodu so západnou cirkvou. Krátko nato ho v roku 379 počas návštevy v Doliche (dnešný turecký Dülük) zavraždila ariánska žena umelkyňa, ktorá ho udrela do hlavy strešnou škridlou.
Theodoret z Kyrhosu vo svojich cirkevných dejinách referoval o Eusebiovom hrdinstve voči poslom ariánom nakloneného cisára Konštantína II. (337 – 361), ktorí žiadali, aby im odovzdal listinu o zvolení Melétia za patriarchu Antiochie v roku 357. Theodoret tiež opísal biskupovo vyhnanstvo vo svojej kapitole o Eusébiovi; tieto texty sú dostupné v nemčine v Knižnici cirkevných otcov na Univerzite vo Fribourgu.
