Народилася в околицях Вашингтона у сім'ї німкені Гельги Меєр, оперної співачки, та вчителя вокалу зі штату Алабама Джона Буллока. Має молодшу сестру Джезін, що здобула юридичну освіту. Сандра понад 12 років прожила в місті Фюрт, Німеччина, де вивчала балет, а також як обдарована вокалістка виконувала невеликі партії у виставах, в яких брала участь її мати. У Німеччині Сандра відвідувала англомовну школу й була однією з найуспішніших учениць.
Однолітки Сандри довгий час сприймали її як іноземку, не бажаючи брати до свого кола. Але Сандра завоювала серця нових знайомих, очоливши групу підтримки футбольної команди. Після школи Буллок вступила до Університету штату Північна Кароліна на юридичний факультет, однак через деякий час покинула заклад і вирушила в Нью-Йорк. Кар'єра фотомоделі і стюардеси не складалася, і Буллок підробляла офіціанткою в дешевих барах і ресторанах. Саме там вона вирішила стати акторкою і вступила на курси акторської майстерності. Через деякий час переїжджає до Лос-Анджелеса, де досягає успіху як кіноакторка.