Народилася 31 травня 1967 в Клермон-Феррані, Франція, у багатодітній сім'ї (у Сандрін, чия мати належала до секти Свідків Єгови, було ще десятеро братів і сестер). З дитинства мріяла про кіно. Деякий час працювала перукаркою.
В 11 років Сандрін знялася у фільмі Жерара Курана «Усе кіно» (1978); у 1982-му — в епізодичних ролях у фільмах «Бум 2» (реж. Клод Піното) та «Дурні на канікулах» (реж. Клод Зіді). У 1983 році режисер Моріс Піала запропонував Сандрін роль Сюзанни в сімейній мелодрамі «За наших коханих», за яку вона отримала премію «Сезар» як талановита молода акторка. Боннер знялася в таких фільмах Піали, як «Поліція» (1985) та «Під сонцем Сатани» (1987).
У 1985 році Сандрін Боннер знялася у драмі режисерки Аньєс Варда «Без даху, поза законом». Роль Мони Бергерон в цьому фільмі принесла їй «Сезар» за найкращу жіночу роль.
У 1989 виконала головну роль у фільмі Раймона Депардона «Полонянка пустелі», а в 1994-му зіграла Жанну д'Арк в кінодилогії Жака Ріветта. Успішними були ролі в стрічках Клода Соте («Декілька днів зі мною», 1988), Андре Тешіне («Невинні», 1987) та Патріса Леконта («Мосьє Ір», 1989).
У 1995 році за роль безграмотної служниці-вбивці у кримінальній драмі Клода Шаброля «Церемонія» Сандрін Боннер отримала Кубок Вольпі та Премію Пазінетті Венеціанського кінофестивалю як найкраща акторка.
У 1999 році знялася в ролі Марі Головіної у спільному фільмі кінематографістів Франції, Росії, України та Болгарії «Схід — Захід» режисера Режиса Варньє.
У 2004 році зіграла в драмі «Відверте визнання» з Фабрісом Лукіні, у 2006 з'явилася в мелодрамі «А раптом це кохання?» з Венсаном Лендо́ном, а в 2008-му взяла участь у драмі «Слід з ангела», де її партнеркою стала Катрін Фро.
У 2007 році Сандрін Боннер дебютувала як режисерка, поставивиши документальну стрічку про свою сестру Сабіну «Її ім'я Сабіна», хвору на аутизм. Стрічка завоювала приз Асоціації кінокритиків на Каннському кінофестивалі та стала хітом прокату у Франції.
У 2009 році Сандрін Боннер виконала головну роль у драмі Каролін Боттаро «Шахістка» про долю жінки, маніакально захопленої шахами. Партнером у фільмі став американець Кевін Клайн.