Sandra Annette Bullock a Virginia állambeli Arlingtonban született Helga Meyer német operaénekes és John Bullock amerikai énektanár idősebbik lányaként. A balettozni és énekelni tanuló lány ifjúsága egy részét Németországban töltötte, anyja bajorországi turnéin kisebb statisztaszerepeket osztottak rá, és rendszeresen fellépett a nürnbergi gyerekkórussal, így a nyelvet is kiválóan beszéli. Tizenévesen költöztek vissza Amerikába, ahol az East Carolina University dráma szakára iratkozott be. Mindössze három vizsgája volt hátra, amikor 1986-ban hátat fordított az egyetemnek és New Yorkba költözött, ahol bárpultosként, pincérként, ruhatárosként dolgozott, meghallgatásokra járt és off-Broadway színházakban is fellépett.
1989-ben egy este meglátta őt Alan J. Levi rendező, aki kis szerepet adott neki a Bionic Woman című tévéfilmben. Bullock évekig küszködött Hollywoodban, zavarba ejtően gyenge filmekben játszott, még filmdalokat is írt és énekelt. 1993-ban az utolsó pillanatban beugorhatott Sylvester Stallone A Pusztító című akciófilmjébe, és bár a szerep nem követelt különösebb színészi képességeket, felfigyelt rá Jan de Bont. A rendező rá osztotta a Féktelenül című akciófilm női főszerepét, jóllehet a producerek szőke és telt idomú hölgyet akartak Keanu Reeves partnerének. A siker láttán aztán megenyhültek, Bullock pedig később így nyilatkozott: "soha nem gondoltam volna, hogy egy akciófilm fogja megnyitni előttem azokat az ajtókat, amelyeken annyira szerettem volna bejutni".
