Сара Гілберт народилася 29 січня 1975 року в Санта-Моніці в акторській сім'ї Пола Гілберта, котрий помер в рік народження доньки. Сестра Сари, Меліса Гілберт, та брат, Джонатан, також стали акторами.
У віці шести років Сара Гілберт побачила зірку своєї сестри, Меліси, на голівудській Алеї Слави. Після чого вона твердо заявила матері, що також неодмінно стане акторкою. І не обманула.
Ще в юності починаюча акторка активно грала маленькі ролі, знімалась у рекламних роликах. У 1984 році вона змінила прізвище Еблес на відому Гілберт та остаточно утвердилася як акторка, талановито зігравши незначну роль в серіалі Little House on the Prairie («Маленький дім у преріях»), разом зі своєю старшою, відомішою, сестрою.
У 1988 році Сара Гілберт отримала роль у відомому телесеріалі «Розанна», де знімалася з 1988 до 1997 року. Під час зйомок Сара Гілберт встигла поступити до Єльського університету на спеціальність оператора, який закінчила у 1997 році.
Гілберт — відкрита лесбійка, здійснила камінг-аут у 2010 році.