الدراسة والتكويندرس في كلية أركان الحرب في فرنسا، وحصل على زمالة كلية الدفاع الوطني من أكاديمية ناصر العسكرية، وزمالة كلية الحرب العليا. تلقى عددا من الدورات المتخصصة في مجال الدفاع الجوي من روسيا وفرنسا، منها دورة أركان حرب أهلته لتولي مناصب قيادية في المؤسسة العسكرية. الوظائف والمسؤولياتخاض سامي عنان مسيرة عسكرية تقليدية في سلاح الدفاع الجوي منذ تولى قيادة بطارية صواريخ مضادة للطائرات في يوليو/تموز 1981.

وترقى إلى أن أصدر الرئيس السابق محمد حسني مبارك قراراً بتعيينه رئيساً للأركان عام 2005، وكانت مدة خدمته الوحيدة في الخارج هي بين عامي 1990 و1992، عندما عمل ملحقا عسكريا في المغرب. التجربة السياسيةخاض حرب الاستنزاف وحرب أكتوبر عام 1973، و قاد كتيبة صواريخ في الدفاع الجوي في يوليو/تموز 1981، عين بعدها ملحقا للدفاع في سفارة مصر بالمغرب عام 1990. في أغسطس/آب 1992 عُيِّن سامي عنان بعد عودته إلى البلاد قائد لواء، ثم قائدا للفرقة 15 في الدفاع الجوي المتمركزة في مدينة الأقصر عام 1996، وقام بدور بارز خلال أحداث مذبحة الأقصر التي راح ضحيتها عدد من السياح الأجانب عام 1997، حيث كان حينها عقيدا في القوات المسلحة المصرية.

بعد قيام ثورة 25 يناير/كانون الثاني 2011، لاح في الآفق احتمال ترشح اللواء سامي عنان لمنصب الرئاسة، لكن ذلك استبعد لتصريح مسؤول عسكري بأن "المجلس الأعلى للقوات المسلحة لن يرشح فردا من أعضائه لمنصب الرئاسة". قال في ندوة عقدها في دار الدفاع الجوي يوم 8 مارس/آذار 2011: "أوجه رسالة لكل المسيحيين والاتحاد الأوروبي بأكمله، الإسلام ليس بدين تطرف ولا إرهاب، وكل تفجيرات الكنائس الإسلام منها براء، وقد أثبتت لكم الأيام بأن هناك أيادي خفية ألصقت التهم بنا حتى ينشروا الكراهية في قلوبكم للمسلمين". وأضاف "اعلموا جيدا بأن هناك أوامر رئاسية أصدرت لنا بسحق المتظاهرين ومساواة ميدان التحرير بالأرض، لكن لم ولن نفعل هذا يوما من الأيام"، ودافع لاحقا في 18 أغسطس/آب 2011 عن مدنية الدولة قائل