Цыренжап Сампилович Сампилов родился в семье охотника в улусе Домно-Еравна, расположенном в районе Еравнинских озёр. Его воспитанием занимались приёмные родители. В детстве он работал пастухом. В возрасте 12 лет обучался грамоте у И. И. Серебренникова, который в то время трудился на Вершино-Кондинской метеорологической станции. Сампилов также работал пастухом и чернорабочим на Черновских каменоугольных копях. С 1914 года он жил в Чите, где трудился у подрядчика Срулевича ломовым рабочим, извозчиком у Дулецкого и на Кулаевской мельнице.

В 1916 году его отправили на тыловые работы на Западный фронт, где он занимался рытьём окопов и строительством блиндажей.

После Октябрьской революции Сампилов вернулся в Читу и работал чернорабочим на мыловаренном заводе Забайкальского областного кооператива. В 1918 году несколько его картин приобрёл Э. Ринчино.

В 1919 году он познакомился со скульптором И. Н. Жуковым и начал практиковаться в его студии. В том же году его скульптуры были представлены на выставке, организованной Жуковым и Д. Д. Бурлюком.

Сампилов был вольнослушателем Читинской художественно-промышленной школы. В 1920-е годы он работал художником в газете «Бурят-Монгольская правда».

В 1925 году по приглашению Э. Ринчино он отправился в Монголию, где познакомился с Н. Рерихом. Рерих оказал влияние на Сампилова, посоветовав ему перейти от этюдов к картинам, и написал его портрет.

В 1926 году в Улан-Баторе прошла выставка работ Сампилова, и Национальный музей Монголии приобрёл большую часть его произведений.

В 1927 и 1930 годах он учился в московском ВХУТЕИНе.

С 1930 года Сампилов работал в Улан-Удэ и преподавал в Институте культуры Бурят-Монгольской АССР в 1930 и 1935 годах. В 1935 году ЦИК БМАССР присвоил ему звание Народного художника БМАССР.

С 1942 года он был членом КПСС и депутатом Верховного Совета СССР 3-го созыва.

Ц. С. Сампилов был одним из основателей бурятского профессионального изобразительного искусства и входил в число восьми художников, которые в 1933 году создали Союз художников Бурят-Монгольской АССР.

Именно искусство Ц. С. Сампилова наиболее точно и ёмко передавало духовную сущность нации.

Его творчество, проникнутое радостным мироощущением, отличалось простотой и правдивостью образной трактовки.