Née d'une mère cantatrice et d'un père professeur de chant, Sandra Bullock passe la majeure partie de son enfance en Europe, accompagnant ses parents en tournée.
Elle débute comme choriste, mais s'oriente bientôt vers une carrière d'actrice. Après des études à l'Université de Caroline du Nord, elle se produit dans des spectacles off-Broadway. De la fin des années 80 au début des années 90, le cinéma ne lui offre que peu d'opportunités.Après avoir joué le rôle-titre de La Disparue (1992), elle accède à la consécration en 1994 en apportant une touche de charme et d'humour à deux grosses productions hollywoodiennes : Demolition man aux côtés de Sylvester Stallone et Speed, où elle a pour partenaire de jeu Keanu Reeves. Contrairement à ce dernier, elle reprend du service en 1997 dans Speed 2 : cap sur le danger, qui ne remporte pas le succès escompté. Mais elle retrouve les faveurs du public avec des oeuvres plus légères comme "Ainsi Va La Vie" (1998), ou plus sombres comme "28 jours en sursis" (2000), où elle incarne une alcoolique en voie de guérison.
Forte de cette expérience d'actrice, elle crée sa propre compagnie de production, Fortis Films, liée par des accords privilégiés avec la Warner. Elle peut ainsi s'essayer à la mise en scène -le moyen métrage Making sandwiches, dont elle écrit également le scénario- et produire Ainsi va la vie (1998), où elle campe une célibataire fraîchement séparée de son mari. Souvent associée à des personnages féminins romantiques (L'Amour à tout prix, Le Temps d'aimer, Un vent de folie, L'Amour sans préavis), Sandra Bullock aime également composer des femmes à poigne affrontant tout type de danger : un terroriste informatique (Traque sur Internet), un membre du Ku Klux Klan (Le Droit de tuer ?) ou deux étudiants particulièrement retors (Calculs meurtriers). Elle va même jusqu'à se transformer en véritable garçon manqué, enquêtrice de choc, pour jouer les Miss détective (2001) et Miss FBI (2005).
