Sara Ramirez est née le 31 août 1975 à Mazatlan dans la banlieue de Mexico.
En 1998, elle joue le rôle de Rose dans « Vous avez un message » aux côtés de Tom Hanks et Meg Ryan. A partir de l’an 2000, elle enchaîne les apparitions dans plusieurs séries télé : « Spin City », « New York 911 », « Law and Order », « New York Police d’Etat »… En 2002, elle joue au cinéma dans « Spiderman », puis dans « Chicago ». En 2005, elle intègre le casting de « Grey’s Anatomy » en jouant Callie Torres.