Vermeylen genoot zijn jeugdopleiding genoot bij KSK Hoboken, KSK Lierse en Germinal Beerschot. Hij speelde bij Lierse -7 tot en met -17 en werd er vijf keer achter elkaar kampioen werd in de nationale jeugdreeksen, waarin hij steeds de aanvoerdersband droeg. Meermaals werd hij uitgeroepen tot beste doelman in buitenlandse toernooien, zoals het Orion Toernooi & Wout Van Overdamtoernooi/Pijnacker. Bij Germinal Beerschot werd hij op 17-jarige leeftijd opgenomen in de selectie van het eerste team en nam hij mee met een Intertoto-selectie deel aan wedstrijden tegen Neftçi Bakoe.
Na Germinal Beerschot vertrok Vermeylen naar toenmalig tweedeklasser Red Star Waasland, waar hij van derde doelman opschoof naar reservedoelman. Hij verlengde zijn contract bij de fusieploeg Waasland-Beveren. Tijdens het seizoen 2011-2012 diende Vermeylen zes wedstrijden onder de lat te staan in de tweede klasse en leverde ook zo zijn bijdrage aan de titel en promotie naar de eerste klasse voor Waasland-Beveren. Hij verruilde in 2014 Berchem Sport voor KFC Sint-Lenaarts.
Bij het eind van het voetbalseizoen 2020-2021 kreeg Vermeylen omwille van het vertrek van Gino Swaegers naar rivaal Zwarte Leeuw het aanbod om zijn positie als doelman af te staan en hoofdcoach van KFC Sint-Lenaarts te worden vanaf het seizoen 2021-2022. Vermeylen ging in op dit aanbod en stopt zo zijn carrière als doelman en staat zo aan het begin van zijn trainerscarrière.
Na 2 seizoenen en met telkens een 5de plaats in de rangschikking, kreeg Sam Vermeylen aanbiedingen om elders aan de slag te gaan.
Seizoen 2023-2024 gaat hij de uitdaging aan om Rupel Boom terug op de rails te krijgen.
.svg){kind=small}
België
