Родилась 20 июля 1971 года в городе Непиане, провинция Онтарио, Канада, в семье эмигрантов из Южной Кореи. Отец Чжун-Су – бизнесмен, мать – биохимик. У Сандры есть сестра Грейс и брат Рэй. О еще ребенком играла в детских постановках, затем пошла в школу имени Роберта Бордена, где, будучи президентом студенческого совета, основала клуб по борьбе с загрязнением окружающей среды, параллельно занималась игрой на флейте и балетом. Как позднее рассказывала сама Сандра, она всегда считала себя недостаточно способной для профессионального танца и потому решила пойти по актерской стезе: посещала уроки театрального мастерства, вступила в драматический кружок. Вопреки настояниям родителей, она отказалась от возможности поступить на четырехлетний курс журналистики в университете Карлтон, обучение на котором предоставлялось ей бесплатно, и подала документы в престижную Национальную театральную школу. Родителям она пообещала, что бросит кино, если не добьется в течение нескольких лет успеха. Ее дебютная работа – семейная телевизионная драма Denim Blues. Затем Сандра появилась в подростковом проекте «Подростки с улицы Деграсси» и в телесериале «Дневник Эвелин Лу» в образе канадской поэтессы и романистки китайского происхождения. За эту роль боролось более тысячи кандидаток. Интересно, что в это же время начинающую актрису пригласили на фильм-биографию Адриен Луиз Кларксон, журналистки и государственного деятеля также китайских корней. Еще большую известность О принесла драма Мина Шума «Двойная радость», получившая «Золотого медведя» на Берлинском кинофестивале в 1995 году. Игра актриса была отмечена высшей национальной канадской кинопремией «Джини» за лучшее исполнение женской роли. В 1996 году актриса появилась в телесериале «Арлисс», а через год – в полнометражной комедии Мэла Смита «Мистер Бин» с Роуэном Эткинсоном. В 1998 году О сыграла в канадско-французской фантастической комедии «Последняя ночь» (приз молодежного жюри на Каннском фестивале) и в мистической музыкальной мелодраме Франсуа Жирара «Красная скрипка». В начале нового тысячелетия Сандра приняла участие сразу в нескольких проектах: «Пробуждая мертвецов», «Танцы в «Голубой Игуане», телесериалы «Лучшие», «Дневники принцессы», «Большой толстый лжец» и «Во всей красе». В 2003 году актриса появилась в роли второго плана в мелодраме Одри Уэллс «Под солнцем Тосканы», снятой по одноименному произведению Фрэнсис Мэйес. Большой успех принесла О трагикомедия Александра Пэйна «На обочине», рассказывающая о зажигательном путешествии друзей по винодельческим районам: картина была удостоена премий «Оскар», BAFTA и «Золотой глобус», а Сандра получила награду Гильдии киноактеров США.
Важная веха в фильмографии актрисы – телесериал о медицинских работниках «Анатомия страсти» (съемки начались в 2008 году). Лента неоднократно номинировалась на премию «Эмми» в категории «Лучший телевизионный проект».
