Sandra Annette Bullock rođena je 26. srpnja 1964. u predgrađu Washingtona, no 12 godina odrastala je u Nürnbergu u Njemačkoj te u Beču i Salzburgu u Austriji, jer je njezin otac bio zadužen za vojnu poštansku službu i bio je stacioniran u Nürnbergu. Bullock je odrastala govoreći njemački, a već kao dijete proučavala je balet i vokalne umjetnosti, a u Nürnbergu je pjevala u dječjem opernom zboru. Pohađala je srednju školu Washington-Lee, gdje je bila navijačica i nastupala u školskim kazališnim predstavama, a nakon što je maturirala 1982. godine, krenula je na Sveučilište East Carolina, gdje je 1987. godine stekla diplomu iz drame. Zatim se preselila u New York, gdje se, uz audicije za uloge, radila kao konobarica.

Dok je bla u New Yorku, Bullock je pohađala satove glume i pojavila se u nekoliko studentskih filmova. Redatelj Alan J. Levi bio je impresioniran njezinom izvedbom u jednom od filmova i ponudio joj je ulogu u televizijskom filmu "Bionic Showdown: The Six Million Dollar Man and the Bionic Woman". To ju je dovelo do još nekoliko manjih uloga, ali i do glavne uloge u televizijskoj seriji "Working Girl". Bullock se "probila" zahvaljujući filmu "Brzina", u kojemu je glumila uz rame s Keanuom Reevesom. Nakon toga, Bullock je stekla status vodeće dame Hollywooda, nakon čega su se uloge samo počele nizati, a uslijedile su uspješnice "Dok si spavao", "Uvijek postoji nada", "Mreža" i "Vrijeme ubijanja".

Krajem devedesetih Bullock je već bila etablirana glumica, a 1998. pojavila se u filmu "Magija" s Nicole Kidman. Iste godine, posudila je glas u animiranom filmu "Princ od Egipta" te napisala, producirala i režirala kratki film "Making Sandwiches", a veliki uspjeh uslijedio je nakon što se pojavila u filmovima "Cura na zadatku" i "28 dana". Manje je poznato da je Bullock producirala romantičnu komediju "Kate i Leopold", a ubrzo nakon toga proslavila se ulogom u filmu "Dva tjedna za ljubav", uz rame s kolegom Hughom Grantom.

Bullock je zatim glumila u drami "Fatalna nesreća", koja je osvojila Oscara za najbolji film - dobila je pozitivne kritike za svoj nastup, a neki su kritičari istaknuli da je to bila njezina najbolja izvedba u karijeri. Uslijedio je i nastavak "Cure na zadatku", a zatim se ponovno udružila s Keanuom Reevesom u filmu "Kuća na jezeru". U to je vrijeme Bullock upoznala i svog prvog muža, graditelja motocikala Jesseja Jamesa, kojeg je upoznala kada je dogovorila da joj desetogodišnje kumče sretne Jamesa kao božićni poklon, a za kojeg se udala 16. srpnja 2005.

Uslijedio je uspjeh u romantičnoj komediji "Prisila na brak", gdje je glumila zajedno s Ryanom Reynoldsom, a koja joj je donijela treću nominaciju za nagradu Zlatni globus za najbolju glumicu. Nije trebalo proći dugo ni da, uz Zlatni globus i brojne druge nagrade, Bullock osvoji i Oscara - sve to donijela joj je uloga u filmu "Priča o prvaku" iz 2009.

Iako joj je na poslovnom planu tada sve išlo savršeno, uskoro se saznalo da joj je suprug bio nevjeran, a on je ubrzo odgovorio na glasine o nevjeri, javno joj se ispričavši. Ipak, 28. travnja 2010. Bullock je podnijela zahtjev za razvod. Bullock je nedugo zatim objavila da je nastavila s planovima da posvoji sina rođenog u siječnju 2010. u New Orleansu, koji je već počeo živjeti s njom i suprugom, međutim, s obzirom na razvod koji je uslijedio, Bullock je nastavila s procesom usvajanja kao samohrani roditelj.

Bullock je ponovno briljirala ulogama u filmovima "Specijalne agentice" i "Gravitacija" iz 2013., a za ulogu u filmu "Gravitacija", u kojemu je glumila s Georgeom Clooneyem, dobila je brojne pohvale, kao i onu da je ta izvedba najbolja u njezinoj karijeri. To je postao njezin drugi najuspješniji film, a donio joj je nominaciju za Oscara, Zlatni globus te nagrade BAFTA, Nagradu Ceha filmskih glumaca i Filmsku nagradu kritičara za najbolju glumicu. Nakon tog uspjeha, Bullock je u prosincu 2015. objavila da je usvojila drugo dijete i pojavila se na naslovnici časopisa People sa svojom tada trogodišnjom novom kćerkom.

Njezina nedavna uloga u Netflixovom postapokaliptičnom horor filmu "Bird Box", kao i ona u filmu "Oceanovih 8", ženskom izdanju legendarnog filma "Oceanovih 11", samo su potvrdile njezin talent, a Bullock je trenutno u pripremi još nekoliko filmova, u ulozi glumice, ali i producentice.