Farförädrarna Samuel och Mathilda Pettersson hade lämnat Västergötland under senare delenav 1800-taley och flyttat till Stockholm. Där startade de en textilgrosshandel. Astrids föräldrar var Anna Larsson och Otto Sampe. 1919 flyttade familjen till Borås och Ott grundade Strumpindustri AB där man tillverkade olika typer av yllevaror. Redan som barn fick Astrid hjälpa till med vissa moment ex. avsyning av varor.
Hon utbildade sig åren 1928–1932 vid Högre konstindustriella skolan i Stockholm och senare vid Royal College of Art i London samt som Svenska slöjdföreningens stipendiat genom självstudier under resor till Tyskland, Frankrike, Italien och Tjeckoslovakien 1934. Resan resulterade i en längre rapport om svensk textilindustris möjligheter att producera tryckta tyger. Hon anställdes som formgivare på Nordiska Kompaniet 1936, där hon ett år senare blev chef för NK:s nystartade Textilkammare för att 1960 utses till disponent och medlem i direktionen. 1939 arbetade hon tillsammans med Sven Markelius med utformningen av den svenska paviljongen på världsutställningen in New York. Hon samarbetade även med möbelformgivaren Elias Svedberg.
På H55, Helsingborgsutställningen 1955, presenterades Linnelinjen, en revolution av det svenska linneskåpet initierad och skapad av Astrid Sampe och Marianne Nilsson för Almedahls fabriker. Nya format, mönster och dessutom färg på lakan, servetter och kökshanddukar. Där ingick även Kökstrivsel, en kökshandduk i linne med röda och svarta "fartränder". Det var helt i linje med Svenska Slöjdföreningens slogan "vackrare vardagsvaran". Handduken tillverkas fortfarande efter över femtio år av Klässbols linneväveri i Värmland.
På 1950-talet var tryckta handdukar något nytt och det blev mycket populärt i Sverige. Särskilt Astrid Sampes Perssons kryddskåp som var tillägnat keramikern Signe Persson Melin, som i början till 1950-talet gjorde en uppmärksammad serie kryddburkar i keramik med lock av kork. 1952 inledde hon ett samarbete med Kasthalls mattfabrik i Kinna där hon formgav en serie Wiltonmattor som var svagt randat eller med återhållet geometriska figurer.
Från 1946 och framåt samarbetade hon med en rad arkitekter med det textilas miljöskapande roll och inredde eller medarbetade vid inredningen vid ett flertal svenska beskickningar bland annat ambassaderna i Washington och Tokyo. Hon var delaktig vid den textila inredningen av Tekniska högskolans kårhus i Stockholm och för Dag Hammarskjöldbiblioteket i FN-huset i New York komponerade hon praktmattorna. Mattornas mönster är inspirerade av fem olika trädslag från de fem världsdelarna. Sedan 1948 var hon även anlitad som formgivare av Knoll International textile section och Amerikas största mattfabrik Vigelo i Connecticut.
År 1972 lämnade Sampe NK och startade en egen ateljé i Stockholm för att formge textilier och inredningar. Hon valdes in som hedersledamot i Faculty of Royal Disigners of Industries i London 1949. Separat ställde hon ut ett par gånger i New York och i London. Hon medverkade i världsutställningen 1937, världsutställningen 1939 och i utställningarna Tribut to Sweden 1960 samt ett stort antal svenska konsthantverksutställningar. Tillsammans med Vera Diurson utgav hon boken Textil bilderbok.