Самсон Кутателадзе родился летом 1914 года на даче под Петроградом. Его родители развелись, когда он маленьким, поэтому его воспитывала мама. В 18 лет, не имея специального образования, Кутателадзе идет работать в Центральный котлотурбинный институт им. И. И. Ползунова, в Ленинграде. Через шесть лет работы в институте он пишет монографию «Основы теории теплообмена при изменении агрегатного состояния вещества», впервые осветив данную тему.

Война прерывает профессиональную деятельность — во время Великой Отечественной войны Кутателадзе служит в Мурманске морским пехотинцем, десантируясь в тыл врага получает тяжелое ранение.

После войны, ради формального диплома о высшем образовании, заканчивает Центральный заочный котлотурбинный институт. В 1950 году защищает кандидатскую, а через два года докторскую диссертации. В 1958 году совместно со своим коллегой ученым-теплофизиком Стыриковичем пишет монографию «Гидродинамика газожидкостных систем», ставшую первой в мире книгой, обобщившей теоретические и экспериментальные исследования по данной теме.

Уже через год переезжает в новосибирский Академгородок, где вместе с еще несколькими учеными основывает Институт Теплофизики, который позже назвали в его честь. С 1964 года и вплоть до своей кончины в 1986 году директор института.