Bei den UCI-Bahn-Weltmeisterschaften 2011 in Apeldoorn errang Harrison mit dem britischen Bahn-Vierer (Ed Clancy, Peter Kennaugh und Andrew Tennant) Bronze. Bei den Europameisterschaften des Nachwuchses belegte er mit dem Vierer Rang zwei, auf nationaler Ebene wurde er Dritter der Elite im 1000-Meter-Zeitfahren. 2013 wurde Sam Harrison in Minsk Vize-Weltmeister in der Mannschaftsverfolgung, gemeinsam mit Steven Burke, Ed Clancy und Andrew Tennant. 2017 beendete er seine Radsportlaufbahn.