Con dos años, su familia se estableció en la ciudad francesa de Lyon.

En 2002 los cazatalentos del Olympique de Lyon lo detectaron cuando tenía ocho años.

Llevaba a menudo el brazalete de capitán en las categorías inferiores del club.

Rémi Garde explicó lo siguiente: "El Lyon buscaba un defensa central y yo le dije a la directiva que no valía la pena gastar dinero en fichajes teniendo a jóvenes con un gran porvenir como Samuel Umtiti".

La temporada siguiente, 2012-13, jugó sus primeros partidos en competición europea participando en la Liga Europa de la UEFA.

En la temporada 2013-14, su papel en el equipo fue cada vez más importante y jugó sus primeros partidos en la Liga de Campeones.

[7]​ En Italia jugó 25 encuentros y rescindió su contrato con el club el mismo día que finalizaba la cesión.

[17]​ Jugó como central izquierdo, completando los 540 minutos de los 6 partidos en los que ingresó como titular, siendo suplente en el encuentro de primera fase contra Dinamarca en el que Francia jugó con un equipo alternativo por estar clasificada.