İstanbul'un Fatih semtinde doğdu. Babası Alemdarzâde ailesinden mutasarrıf İlyas Sâmi Bey, annesi Hafize Nadire Hanım'dır. Baba tarafından dedesi, ilk Osmanlı Mebusan Meclisi'nde Trabzon milletvekili olarak görev yapan ve Hilmî mahlası ile şiirler yazan Emin Hilmi Efendi'dir (ö. 1884). İlyas Sâmi Bey'in de Nâmık Kemal tarzında şiirleri ve siyasî yazıları vardır. Nihad Sâmi, soyadı kanunu çıkınca önce "Somyarkın", anne ve babasının Tekirdağ'ın Banarlı kasabasına defnedilmesinden sonra "Banarlı" soyadını almıştır. 1929'da Ayşe Vedia Hanım'la evlenmiş, 1940'ta Ilgaz adında bir çocukları olmuştur.

Fâtih Sultan Mehmed Vakfı Sıbyan Mektebi'nde, Gelenbevî ve Mercan İdâdîsi'nde okudu. Liseye Vefa Sultânîsi'nde başladı, son sınıfta geçtiği Hususi İstiklal Lisesi'nden mezun oldu. Yüksek Muallim Mektebi ve Dârülfünun Edebiyat Fakültesi Edebiyat Bölümü'ne girdi (1926). Öğrenciliği sürerken öğretmenlik mesleğine başladı ve 1927-1930 yılları arasında Fatih'te Özel Hayriye İlkokulu'nda sınıf öğretmenliği yaptı.

Ahmedî ve Dâsitân-ı Tevârîh-i Mülûk-i Âl-i Osman adlı teziyle Dârülfünun ve Yüksek Muallim Mektebi'nden mezun oldu. Edirne'de Erkek Lisesi, Erkek Muallim Mektebi, Kız Muallim Mektebi'nde ve Edirne Lisesi'nde edebiyat öğretmenliği yaptı. Edirne Lisesi Mecmuası ve Edirne Muallim Mektebi Mecmuası'nı çıkardı.

1936'da İstanbul Kabataş Erkek Lisesi'ne Türkçe öğretmeni olarak geldi. Bir yıl sonra aynı lisede edebiyat öğretmeni oldu.

Yedigün dergisinde önce isimsiz (1937-1944), sonra kendi adıyla (1944-1950) yazılar yazdı. Galatasaray Lisesi (1943-1946), İstanbul Erkek Öğretmen Okulu (1946-1949) ve İstanbul Eğitim Enstitüsü'nde (1948) görev yaptı. Hürriyet gazetesinde 1948'den 1962'ye kadar Edebî Sohbetler sütununda haftalık sohbet, eleştiri ve inceleme yazıları yazdı.

1949'da Maarif Vekâleti Talim ve Terbiye Dairesi Başkanı Kadri Yörükoğlu'nun teklifi üzerine lise edebiyat ders kitaplarının programını hazırladı. Galatasaray Lisesi (1949-50), İstanbul Erkek Öğretmen Okulu ve Eğitim Enstitüsü ile (1950-1954) Vefa Lisesi (1954), Yüksek Öğretmen Okulu, İstanbul İlköğretmen Okulu (1955-1957), Boğaziçi, Şişli Terakki ve Işık liselerinde hocalığını sürdürdü. Yüksek Öğretmen Okulu, Eğitim Enstitüsü ve İlköğretmen Okulu müdürlüklerine getirildi (1957). Bir sene sonra müdürlükten istifa ederek aynı eğitim kurumunda öğretmen olarak görevine devam etti. Kurucularından biri olduğu Fetih Cemiyeti'ne bağlı İstanbul Enstitüsü'nde müdür olarak görev yaptı. Yakın dostu Yahya Kemal'i ikna ederek, altmış beş şiirinin Hürriyet gazetesinde yayımlanmasını sağladı (1956-1957). Şiirlerin kitap halinde yayımlanması için çalışırlarken 1 Kasım 1958'de Yahya Kemal vefat etti. İstanbul Fetih Cemiyeti'nin bünyesinde kurulan Yahya Kemal Enstitüsü (1959) müdürlüğüne getirildi. Şairin özel eşyaları, el yazısı notları, kitapları ve resimlerinin sergilendiği "Yahya Kemal Müzesi"ni kurdu. Ayrıca Yahya Kemal Enstitüsü Mecmuası'nın ilk iki cildi ile (1959, 1968) Yahya Kemal'in dergi ve gazetelerde dağınık halde kalmış olan bütün şiirlerini, yazılarını ve mektuplarını 1961'den itibaren on üç kitaptan oluşan bir külliyat halinde yayımlamaya başladı. 1959'dan 1962'ye kadar İstanbul'da Yüksek İslam Enstitüsü'nde İslamî Türk edebiyatı dersini okuttu.

1965'te Meydan dergisinde önce "Edebî Sohbetler" daha sonra "Kelimeler" köşesinde haftalık yazılar yazdı. Ayrıca yazılarıyla Türk Kültürü, Yeşilay, Yol, Hayat ve Tarih Mecmuası, Yüksek İslam Enstitüsü Dergisi gibi dergilerde yer aldı. Millî Eğitim Bakanlığı'nın "1000 Temel Eser" ve "Çağdaş Türk Yazarları" komisyonlarında üye ve başkan olarak görev yaptı. 5 Mayıs 1969'da İstanbul Yüksek Öğretmen Okulu'ndan kendi isteği ile emekli oldu. Kubbealtı Cemiyeti'nin 1971'de kurulan Dil Akademisi'nin başkanlığına ve aynı kuruluşun 1972'den itibaren yayımladığı Kubbealtı Akademi Mecmuası'nın yazı işleri müdürlüğüne getirildi.

13 Ağustos 1974'te, tedavi görmekte olduğu İstanbul Tıp Fakültesi Hastanesi'nde vefat etti. Rumelihisarı'nda Âşiyan Mezarlığı'na defnedildi.

Banarlı köksüz, mantıksız, ilimsiz, felsefesiz, ahenksiz ve sevimsiz, uydurma bir dille kalkınılamayacağı ve bunun için de önce dil, sonra maarif kalkınmasının olması gerektiği görüşündedir (2018: 404-405). Çünkü ona göre yeryüzünde diller kadar millet fertlerini birbirine bağlayan başka bir kuvvet yoktur. Türk dilinin güzelliklerini, ifade ve mâna zenginliklerini öğretmenin sadece dil ve edebiyat hocalarının değil; bütün ders hocalarının hatta toplumun her bir ferdinin görevi olduğuna inanmaktadır (2020, 16). Değişik yazılarında eğitim konularına değinmiş olan yazarın bu yazılarından bir kısmı sonradan, Îmân ve Yaşama Üslubu eserinin beşinci bölümünde bir araya getirilmiştir. Hocalığı "Tanrı mesleği" olarak gören yazar, "hoca" ve "muallim" kelimelerinin "öğretmen" ile değiştirilmesine razı değildir. Türkçe'deki "hoca" kelimesinin aslında Farsça olmadığını, çok eskiden beri Türkçe'de bulunan "koca"dan geldiğini, Farsça'dan geçen "hâce" kelimesinin bu Türkçe kelimeyle birleşerek onu anlamca destekleyip beslediğini belirtmiştir. "Koca", "Hoca", "Ata" ve "Atabek" kelimelerinin bu anlamı taşıyan eski kullanımlarına "Irkıl Ata", "Korkut Ata", "Hoca Ahmed Yesevî", "Akça Koca" gibi isimlerdeki "ata", "koca" ve "hoca" kelimelerini örnek vermektedir.

Banarlı, gençliğin yetişmesinde karakter terbiyesi ile her türlü kalkınmanın temeli olan millî güven duygusunu öne alır. Bir maarif rüyasına sahip olmayı ele alırken, Yahya Kemal'in 1914'te yazdığı "Çamlar Altında Musâhabe" yazılarını anarak, şairin oradaki, ülkemiz ve milletimizin bir maarif inkılabıyla kalkınmasına işaret eden sözlerine atıfta bulunmaktadır.

Eğitimde dil ve edebiyat derslerine verdiği önemi, bu derslerin "millî şahsiyeti olan bir zevk"in oluşmasındaki rolüne işaret ederek ortaya koyar. Bu yolda "hoca"ların desteklenmesini istemektedir. Edebiyatımızın küçük düşürülmemek kaydıyla dünya edebiyatıyla karşılaştırılmalı öğretilmesini de faydalı görür.

Bir güzel sanat dalı olarak başlangıçta "insanların dinî heyecanlarından doğmuş" olduğunu belirttiği edebiyatın yeni nesillere dinî terbiye verme konusunda en tesirli vasıta olacağını belirtmektedir. Bunun için klasik olmuş edebiyat şaheserlerinden yararlanılabileceğini, Yunus Emre'nin şiirleri, Süleyman Çelebi'nin Mevlid'i gibi eserlerden seçme metinlerle oluşturulacak bir "dinî edebiyat antolojisi" hazırlanmasını teklif etmektedir. Aynı bağlamda Dede Korkut hikâyelerini de söz konusu ederek, "iman"ın bu hikâyeleri ören diğer millî değerlerle kaynaşmış olmasına işaret etmektedir.

Banarlı "öğrencileri metinlerle ilgilendirip metinler üzerinde çalıştırarak onlara millî dili öğretmek, edebiyat zevki ve edebiyat kültürü vermek" (Banarlı, 1973: 3) amacıyla edebiyat ders kitabı ve yardımcı ders kitabı da yazmıştır. 1941'de Hıfzı Tevfik Gönensay ile Başlangıçtan Tanzimata Kadar Türk Edebiyatı Tarihi; 1942'de lise birinci sınıflar için yardımcı Edebî Bilgiler ders kitaplarını yazmıştır. Edebî Bilgiler daha sonra metin ilaveleri yapılmış şekliyle Metinlerle Edebî Bilgiler adı altında pek çok defa yayımlanmıştır. Metinlerle Türk Edebiyatı (I, II, III, IV) ders kitapları, yıllar içinde müfredat değişikliği sebebiyle gözden geçirilerek ve Batı edebiyatı da eklenerek Metinlerle Türk ve Batı Edebiyatı (I, II, III) (1951-1954) adıyla yayımlanmıştır. Her sınıf düzeyi için yazdığı Metinlerle Türk Edebiyatı adlı ders kitabı liselerde yirmi beş yılı aşkın (1950- 1976) bir sürede tek kitap olarak okutulmuştur (Işıksalan, 2004: 49).

1933'te Cumhuriyet'in onuncu yıl dönümü kutlamaları sebebiyle açılan yarışmaya kız mektepleri için yazdığı Bir Yuvanın Şarkısı ve erkek mektepleri için yazdığı Kızıl Çağlayan manzum piyesleri ile katılmıştır. Yarışmayı kazanan bu iki eser Millî Eğitim Bakanlığı tarafından bastırılmış ve birçok okulda sahnelenmiştir. Kızıl Çağlayan, 1958'de Murat Film tarafından Bu Vatan Bizimdir adıyla sinemaya da uyarlanmıştır.

Nihad Sâmi Banarlı velud bir yazardır: 1. Dâsitân-ı Tevârîh-i Mülûk-i Âl-i Osman ve Cemşîd ü Hurşîd Mesnevisi Dârülfunun'da hazırladığı mezuniyet tezidir. Tekrar ele alarak tenkitli neşrini Türkiyat Mecmuası'nda (VI, 1936-1939, s. 49-176) yayımlamıştır. Bu çalışma aynı yıl M. Fuad Köprülü'nün takdim yazısı ve Banarlı'nın ithaf cümlesi eklenerek kitap halinde de basılmıştır.  2. Faruk Nafiz Hayatı Seçme Şiirleri (1937). 3. Nâmık Kemal ve Türk-Osmanlı Milliyetçiliği (1947). 4. Resimli Türk Edebiyatı Târihi, 1948'den itibaren önce fasiküller halinde sonra Yedigün Neşriyat tarafından kitap olarak yayımlanmıştır. Genişletilmiş ikinci baskısı; Millî Eğitim Bakanlığı tarafından 1971'den itibaren fasiküller halinde yayımlanmaya başlanmış, ancak yedi fasikülü kendisi hayatta iken basılabilmiştir. Tamamı on altı fasikülden oluşan eser, Banarlı'nın fiş ve notlarından faydalanarak Nermin Suner Pekin tarafından tamamlamıştır. 5. Yahya Kemal Yaşarken (1959) kitabı, Yahya Kemal Enstitüsü'nün ilk yayınıdır. Yazarın Yahya Kemal ile ilgili diğer kitabı Yahya Kemal'in Hatıraları ise (1960) şairin yazdığı ve anlattığı hatıralarından oluşmaktadır. 6. Türkçe'nin Sırları (1972).

Bir Güzelliğin Hikâyesi adlı romanı Hürriyet gazetesinde tefrika edilmiştir (21 Nisan-4 Mayıs 1949). "Fâtih'in Zafer Sırları" (1959), "Büyük Nazireler, Mevlid ve Mevlid'de Milli Çizgiler" ile (1962) "Süleymâniye'de Bayram Sabahı" (1964) makaleleri ve "İstanbul Fethi için Mısrâlar" (1959) şiiri basıldıkları dergiler dışında ayrı basımlar halinde yayımlanmıştır.

Vefatından sonra Kubbealtı Kültür ve Sanat Vakfı, yazı ve konferanslarını konularına göre tasnif ederek külliyat halinde yayımlamıştır: 1. Şiir ve Edebiyat Sohbetleri 1 (1976); 2. Şiir ve Edebiyat Sohbetleri 2 (1982; 2004'ten beri Edebiyat Sohbetleri adıyla tek cilt halinde yayımlanmaktadır). 3. Târih ve Tasavvuf Sohbetleri (1984), 4. Bir Dağdan Bir Dağa/Nihad Sâmi Banarlı'nın Kaleminden Yahya Kemal (1984), 5. Kültür Köprüsü: Süleyman Çelebi'den Mehmed Âkif'e (1985), 6. Kitaplar ve Portreler: Mehmed Âkif'ten Günümüze (1985), 7. Devlet ve Devlet Terbiyesi (1985), 8. İstanbul'a Dâir (1986), 9. Îman ve Yaşama Üslûbu (1986).

Bazı özel belgelerle el yazısıyla yazılmış eserleri, resimleri ile hakkında yazılanlar İstanbul Fetih Cemiyeti'nde kurulan Nihad Sâmi Banarlı Arşivi'nde korunmakta ve bir kısmı Yahya Kemal Müzesi'nde sergilenmektedir. İstanbul Ümraniye'deki İstiklal İlkokulu'na 1991 yılında Nihat Sami Banarlı İlköğretim Okulu adı verilmiştir. Ayrıca Tekirdağ'da Tekirdağ Süleymanpaşa Nihat Sami Banarlı Ortaokulu bulunmaktadır.