Figlia di Arthur e Rosellen, dopo il divorzio dei genitori (avvenuto quando aveva 7 anni), va a vivere con la madre e perde i rapporti con il padre, morto nel 2001. Ha frequentato la "Fiorello La Guardia High School" e la "Columbia Grammar And Preparatory School" di New York. Inizia a recitare all'età di quattro anni, quando viene notata da un agente in un ristorante mentre pranza con la madre. Il suo primo ruolo è in uno spot TV per una famosa catena di fast food, Burger King. Appassionata di arti marziali, la Gellar diventa cintura nera di Karate Shotokan.

Nel 1995, all'età di 18 anni, vince il suo primo Emmy Award per la sua interpretazione nella soap opera La valle dei pini, dove interpreta il ruolo di Kendall Hart. Nel 1997 ottiene il ruolo di Buffy Summers nella serie TV Buffy l'ammazzavampiri creata da Joss Whedon, anche grazie alla sua preparazione in taekwondo, che pratica da quando era piccola. La serie si rivela un grande successo, divenendo un vero e proprio cult per milioni di appassionati in tutto il mondo.

Nonostante il successo televisivo, lavora anche nel cinema, recitando in So cosa hai fatto, Scream 2 e soprattutto Cruel Intentions - Prima regola non innamorarsi: la sua interpretazione della cattiva Kathryn Merteuil le fa guadagnare un MTV Movie Award per la miglior performance femminile in un film, e un secondo per il miglior bacio (insieme a Selma Blair). Nel 1999 viene votata donna più bella del mondo dalla rivista FHM, mentre nel 2001 riceve anche una nomination ai Golden Globe come miglior attrice protagonista in una serie tv. Nel 2002 presenta insieme all'attore americano Jack Black gli MTV Movie Awards, riscuotendo il maggior numero di ascolti mai ottenuti dallo show.

Nel 2002 interpreta Daphne Blake nel film Scooby-Doo e nel sequel del 2004 Scooby-Doo 2 - Mostri scatenati. Nel 2004 è la protagonista di The Grudge, remake statunitense del film horror giapponese Ju-on: Rancore: il film riscuote grande successo incassando quasi 190 milioni di dollari in tutto il mondo. Nello stesso anno conduce con Xzibit gli MTV Europe Music Awards, tenutisi a Roma. La predilezione di Sarah per il genere horror viene confermata nel 2006 con l'uscita di The Grudge 2 e L'incubo di Joanna Mills. Successivamente, viene presentato al Festival di Cannes Southland Tales - Così finisce il mondo che, a causa dell'accoglienza non proprio entusiasta, viene revisionato e distribuito nelle sale l'anno successivo.

Nel 2007 esce The Air I Breathe, che la vede recitare insieme a Kevin Bacon, Brendan Fraser e Andy Garcia. Nel 2008, durante la Buffy Reunion al Paley Fest, la Gellar ufficializza il suo coinvolgimento come protagonista in Veronika Decides to Die, adattamento cinematografico dell'omonimo romanzo di Paulo Coelho. Nel 2009 recita con Lee Pace in Possession. Tra il 2011 e il 2012 torna sul piccolo schermo come protagonista nella serie tv Ringer, in onda per una sola stagione. È inoltre presente nel DLC speciale Call of the Dead, mappa zombie contenuta nell'escalation map pack di Call of Duty: Black Ops. Tra il 2013 e il 2014 affianca Robin Williams nella sitcom The Crazy Ones.