Debrecenben született 1760. december 29-én. A debreceni református kollégiumban folytatott teológiai tanulmányai után Hajdúböszörményben és Kecskeméten tanított, 1787-től a göttingeni egyetemen gyarapította teológiai és természettudományi ismereteit, utóbbiak közül különösképpen a botanika érdekelte. Göttingenben ismerkedett meg Carl von Linné svéd botanikus rendszerével, és elhatározta, hogy átülteti magyar nyelvre. Linné 1735-ben kiadott Systema Naturae (A természet rendszere) című munkájában összegezte és kategorizálta az addig ismert több tízezer növényt, állatot és ásványt – a biológia tudományában lényegében ma is az ő elveit és eljárását használják.
Diószegi 1789-ben tért haza, ezután Hajdúnánáson, majd Hajdúböszörményben, 1803-tól pedig Debrecenben volt református lelkész. 1809-től a debreceni református egyházmegye espereseként és a tiszántúli református egyházkerület főjegyzőjeként tevékenykedett. Teológiai műveket írt, és részt vett a református énekeskönyv megreformálásában.
Hitéleti kötelezettségei mellett idejének nagy részét a botanika, a füvészkedés tudományának szentelte, amire több tényező is ösztökélte. Egyfelől a botanika, azaz a növénytan a kor népszerű tudománya volt, másrészt erre hajtotta a gyakorlati szükség, az elmaradott magyar mezőgazdaság fejlődését előmozdító korszerű mezőgazdasági szakkönyvek hiánya, és ösztönzőleg hatott rá a gazdag füvészeti hagyományokkal büszkélkedő debreceni környezet is.
Diószegi Debrecenbe költözése után kezdett hozzá az első magyar növényhatározó elkészítéséhez, amelyben barátja, egykori kollégista társa, egyben sógora, a költő Fazekas Mihály segítette. Közös munkájuk gyümölcse az eredetileg Debreceni Flórának nevezett könyvecske, az 1807-ben napvilágot látott Magyar füvész-könyv, mely a két magyar hazában található növényeknek megesmertetésére vezet a Linné alkotmánya szerént. Művük, amelynek Elöljáró beszédét is együtt jegyezték, Linné növénytani rendszerének tudományos eredményeit felhasználva több mint háromezer magyarországi növény leírását tartalmazta ékes magyar nyelven. Diószegi és Fazekas nem kevesebbet vállaltak, mint a hazai botanika szóhasználatának és rendszertanának létrehozását: összegyűjtötték a növényneveket, emellett mintegy félezer új szakkifejezést is alkottak. A nyelvújítás lázában elnevezéseikkel néha túllőttek a célon, de több mint 300 növénynevük ma is használatos. Az erőltetett (és meg nem honosult) újításra példa a szirmanyúlt, a magiszák és a türempikk, a sikeresre a ma is használatos szirom, hímpor, bibe és porzó szakszavak.
A Füvészkönyvből – a szakmai siker ellenére – kevés fogyott, a gazdák idegenkedtek attól, hogy „könyvből vessenek-arassanak”. A szerzők munkásságát csak az utókor méltányolta, Arany János például így írt: „Óhajtani lehet, hogy aki még valaha nyelvünkben újít, azt a népnyelv, népi észjárás oly teljes ismeretével és oly romlatlan nyelvérzékkel tegye, mint Diószegi, Fazekas, Földi.” Sokan igaztalanul támadták őket, főként Diószegit. Azt mondták, nem lelkészhez illő tevékenységet folytat, a Füvészkönyv pedig a szegény népnek kárára van, mert elősegíti a kuruzslást. A támadásokra mintegy feleletül Diószegi 1808-ban kiadta elmondott beszédeit Erköltsi tanítások prédikátziókban címmel, amelyben a legváltozatosabb témákról szól: az iskolai és a házi nevelésről, az öregek megbecsüléséről, a szeretet különböző formáiról.
Diószegi Sámuel megírta és élete utolsó évében kiadta a Magyar füvészkönyv gyakorlati részét, az Orvosi füvészkönyvet is. Ennek értékes függeléke az első magyar szinonimaszótár, amely 1400-nál több népi növénynevet tartalmaz.
A botanizáló prédikátor 53 éves korában, 1813. augusztus 2-án halt meg szülővárosában. Mészkőből készült szobra a Debreceni Egyetem botanikus kertjében áll, nevét Debrecenben középiskola és botanikus kert is viseli.
A nyitóképen Diószegi Sámuel és Fazekas Mihály szobra a Debreceni Egyetem Botanikus kertjében. Fotó: Shutterstock/tviolet