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.