ée à Ottawa, en Ontario, le 20 juillet 1971, de parents d'origine coréenne, elle a commencé à apprendre la danse classique à quatre ans. Sandra a fait ses débuts à l'âge de quinze ans en multipliant les rôles à la télévision, au théâtre et dans des publicités.
Après avoir passé trois ans à l'École nationale de théâtre du Canada à Montréal, elle a participé au casting libre puis obtenu le rôle principal de The Diary of Evelyn Lau (« Le journal d’Evelyn Lau ») de Sturla Gunnarsson alors qu'elle était en compétition avec mille autres jeunes filles et pour lequel elle a par la suite remporté le « Fipa d’or de la meilleure actrice » lors du Festival de Cannes FIPA 1994. Elle a en outre été nommée au Gemini Award de la meilleure actrice. Sandra a impressionné la presse et les spectateurs français quand, après avoir reçu son prix, elle a répondu aux interviews en français. Sandra est en effet bilingue.
Elle est venue s’installer à Los Angeles en 1996 pour jouer Rita Wu dans la série « Arli$$ », pour laquelle elle a remporté le CableACE Award et le Genie Award de la meilleure actrice 1997.
Elle a intégré le casting de la série phare de ABC, Grey's Anatomy en 2004 en prêtant ses traits au docteur Cristina Yang, interne au Seattle Grace Hospital. Elle a, grâce à son interprétation, remporté un Screen Actors Guild Award et un Golden Globe Award.
Sandra Oh donne régulièrement des conférences et anime des ateliers pour le Mark Taper Forum, le Playwrights Horizon, le Women’s Writer’s Workshop, et le LaJolla Playhouse de Michael Grief.