Začínala jako modelka, v roce 1961 vyhrála v rodném Viareggiu soutěž Miss Cinema. Poté jí režisér Pietro Germi svěřil ve filmu Rozvod po italsku roli patnáctileté Angely, do níž se bezhlavě zamiluje její ženatý strýc, kterého hrál Marcello Mastroianni. Sandrelliová byla sexuálním symbolem italského filmu šedesátých let, dostávala však i vážnější role ve filmech jako Dvacáté století nebo Terasa.
Má dceru Amandu (* 1964) se zpěvákem Ginem Paolim a syna Vita (* 1972) z manželství s podnikatelem Nickym Pendem.
