Bullock wurde als Sandra Annette Bullock am 26. Juli 1964 in Arlington, Virginia, geboren. Ihre Mutter war die deutsche Opernsängerin Helga Meyer, ihr Vater der amerikanische Gesangslehrer John Bullock. Sandra trat mit ihrer jüngeren Schwester Gesine im Kinderchor der Oper auf, während ihre Mutter auf der Bühne stand. In ihren ersten zwölf Lebensjahren lebte sie meist in Nürnberg, wo sie die Waldorfschule besuchte, in Salzburg und Wien; sie spricht fließend Deutsch mit einem leicht fränkischen Dialekt. Sandra Bullock besitzt neben der US-amerikanischen auch die deutsche Staatsbürgerschaft.