Jedna od najcjenjenijih francuskih glumica svoje generacije rođena je u brojnoj obitelji kao sedma od jedanaestero djece. Glumačku karijeru započela je u šesnaestoj godini odigravši glavnu ulogu u drami Naše ljubavi (À nos amours, 1983.) redatelja Mauricea Pialata. Za tu je ulogu 1984. godine dobila nagradu César kao glumica koja najviše obećava. Slijede uloge u većinom nezapaženim filmovima Tir à vue (1984.), Blanche et Marie (1985.), Le meilleur de la vie (1985.) i Police (1985.). Glavnom ulogom Mone u drami Sans toit ni loi (1985.) redateljice Agnès Varda Sandrine osvaja međunarodnu kritiku i publiku. Film dobiva Zlatnog lava i FIPRESCI nagradu u Veneciji 1985. godine, a ona osvaja još jednog Césara, ovaj puta za najbolju glumicu 1986. godine. Iduće zapažene uloge ostvaruje u filmovima Sous le soleil de Satan (1987.) Mauricea Pialata u kojem nastupa uz Gérarda Depardieua i kriminalističkom Gospodin Hire (Monsieur Hire, 1989.) Patricea Lecontea. S Marcellom Mastroiannijem nastupa u drami Tijekom večeri (Verso sera, 1991.), a iste godine zajedno s Williamom Hurtom tumači glavnu ulogu u ekranizaciji romana Alberta Camusa La peste (1992.) Luisa Puenze. Zaljubivši se tijekom rada na filmu, dvoje se glumaca nedugo nakon snimanja vjenčaju. Zajedno ponovno nastupaju u filmu Secrets Shared with a Stranger (1995.) Georgesa Bardawila, a Sandrine prije toga tumači Ivanu Orleansku u dvodijelnom povijesnom filmu Jacquesa Rivettea Jeanne la Pucelle I - Les batailles (1994.) i Jeanne la Pucelle II - Les prisons (1994.). S Isabelle Huppert nastupa u zapaženoj Ceremoniji (La cérémonie, 1995.) redatelja Claudea Chabrola, a glumice dijele i nagradu Volpi Cup za najbolju glumu na filmskom festivalu u Veneciji 1995. godine. Ponovno surađuje s Jacquesom Rivetteom u kriminalističkom filmu Secret défense (1998.), a slijedi drama Voleur de vie (1998.) u kojoj nastupa s Emmanuelle Béart. Ponovo surađuje s Claudeom Chabrolom u kriminalističkoj drami Srećom postoji laž (Au coeur du mensonge, 1999.). Slijedi međunarodno producirana povijesna drama Istok zapad (Est – Ouest, 1999.) Régisa Wargniera, romantične drame Mademoiselle (2001.) i Svjetioničar (L'équipier, 2004.) Philippea Lioreta te Confidences trop intimes (2004.) u kojem ponovno surađuje s Patriceom Leconteom. Među njezinim posljednjim filmovima su romantična drama Vjerujem da je volim (Je crois que je l'aime, 2007.) Pierrea Joliveta, Un coeur simple (2008.) redateljice Marion Laine snimljen prema kratkoj priči Gustavea Flauberta i drama Joueuse (2009.) Caroline Bottaro. Osim glume, uspješno se okušala i u režiji snimivši Elle s'appelle Sabine (2007.), dokumentarni film o autističnoj sestri. Za 2012. godinu u planu je režija i igranog filma u kojem bi jednu od uloga ostvario njezin bivši suprug William Hurt (2003. godine udala se za scenarista Guillaumea Lauranta).