2003年12月、サミーがセガ（後のセガゲームス）を買収、それに伴う経営統合で2004年10月1日に設立された。また、2005年8月31日に、社会人野球チームの「セガサミー硬式野球部」を創部した。過去に陸上部及びスノーボード部もあったが、2008年3月31日をもって廃部した。東京証券取引所第1部上場（証券コード:6460）。

2012年に韓国パラダイスグループとの合弁会社「パラダイスセガサミー」を設立し、仁川国際空港傍に韓国初の統合型リゾート「パラダイスシティー」（）が2017年4月に開業。

2014年5月からは、グループの構造改革を実施している。2015年4月にはセガサミーグループの再編が実施され、子会社の内、セガゲームス（セガから商号変更）、セガ・インタラクティブ（セガからアーケードゲームなどのアミューズメント機器の開発・製造・販売部門を新設分割で設立）、セガトイズ、トムス・エンタテインメント、マーザ・アニメーションプラネット、サミーネットワークスの各社は、セガから新設分割で設立された中間持株会社セガホールディングスの子会社となった（セガサミーホールディングスにおいてはセガホールディングスの子会社は孫会社となる）。なお、サミーネットワークスは2016年4月にセガホールディングスの子会社からサミーの子会社となっている。2015年9月には遊技機事業の構造改革も発表され、主に2012年3月期から4期連続で赤字決算が続いていたタイヨーエレックで構造改革が行われ、タイヨーエレックでは希望退職の募集を行った他、瀬戸工場を閉鎖した上で生産機能をサミー川越工場へ移転した。

同社会長兼社長の里見治が、金融商品の売却などを巡って約30億円の申告漏れを東京国税局から指摘されていたことが、2016年9月に判明した。

2018年7月17日、麻雀プロリーグ「Mリーグ」に参加。「セガサミーフェニックス」をスポンサードする。

2018年10月1日にグループ経営強化に向けたグループ横断的組織再編が実施され、セガサミーホールディングス、セガホールディングス、サミーに分散していた管理機能並びに、セガホールディングス、セガゲームス、サミーに分散していたライセンス機能をそれぞれセガサミーホールディングスへ集約した。