Пятнадцатилетняя танцовщица и победительница конкурсов красоты появилась на кинонебосклоне Европы в 1961 году сразу с несколькими фильмами, такими как «Ночная молодежь» Марио Секуи и «Федерал» Лучано Сальче. Наибольший успех ей принесла роль юной соблазнительницы в сатирической комедии Пьетро Джерми «Развод по-итальянски». Актриса снялась еще в трех фильмах режиссера: «Соблазненная и покинутая» (1964), «Аморальный» (1967) и «Альфредо, Альфредо» (1972), приобретя к началу семидесятых статус одной из самых больших звезд итальянского кино.

Кроме множества комедийных лент Сандрелли играла и заметные драматические роли в фильмах лучших европейских режиссеров. Трижды она снималась у Бернардо Бертолуччи – в фильмах «Партнер» (1968), «Конформист» (1970) и «Двадцатый век» (1976), трижды работала с режиссером Этторе Сколой – «Мы так любили друг друга» (1975), «Терраса» (1980) и «Семья» (1987). В 1969-м актриса получила приз кинофестиваля в Сан-Себастьяне за лучшую женскую роль в драме Карло Лидзани «Любовница Граминьи», разделив его с советской актрисой Людмилой Чурсиной, сыгравшей в фильме «Журавушка». Сандрелли снималась не только на родине, но и во Франции: в фильмах Клода Шаброля («Волшебники», 1976), Алена Корно («Пистолет «Питон-357», 1976) и Жан-Луи Трентиньяна («Учитель плавания», 1979). 

В 1983-м неувядающая Сандрелли привлекла к себе новых поклонников, снявшись в эротическом фильме Тинто Брасса «Ключ». На следующий год в кино дебютировала ее двадцатилетняя дочь Адриана. Ее отцом был итальянский певец Джино Паоли. Адриана и Джино даже исполнили в 1991 году итальянскую версию хита из диснеевского мультфильма «Красавица и чудовище». 

Несмотря на то, что Сандрелли уже давно бабушка, он по-прежнему замечательно выглядит и неутомима в работе. В последние десятилетия актриса снимается в основном в мини-сериалах, хотя в 1990-м появилась в фильме немецкого классика Маргарет фон Тротты «Африканка», а в 1999-м сыграла в драме Хосе Бигаса Луны «Обнаженная Маха». В девяностые годы актрису также ждала новая встреча с Бернардо Бертолуччи, который снял Сандрелли в фильме «Ускользающая красота» (1996) рядом со своей новой музой Лив Тайлер. 

В 2001-м за роль второго плана в фильме «Последний поцелуй» Сандрелли получила приз Итальянского национального синдиката киножурналистов и главную кинонаграду Италии «Давид», а также была номинирована на премию Европейской киноакадемии как лучшая актриса года. В 2005 году на Венецианском МКФ ей вручили премию «Золотой лев» за вклад в профессию.

Избранная фильмография актрисы:

2001. ПОСЛЕДНИЙ ПОЦЕЛУЙ /ULTIMO BACIO, L'/, реж. Габриэле Муччино, приз Итальянского национального синдиката киножурналистов, премия «Давид» за женскую роль второго плана, номинация на премию Европейской киноакадемии за лучшую женскую роль

1999. ОБНАЖЕННАЯ МАХА /VOLAVERUNT/, реж. Хосе Бигас Луна

1996. УСКОЛЬЗАЮЩАЯ КРАСОТА /STEALING BEAUTY/, реж. Бернардо Бертолуччи

1996. НИМФА / NINFA PLEBEA /, реж. Лина Вертмюллер

1992. ВЕТЧИНА, ВЕТЧИНА / JAMON , JAMON /, реж. Хосе Бигас Луна

1990. АФРИКАНКА /L'AFRICANA/, реж. Маргарет фон Тротта

1987. СЕМЬЯ / LA FAMIGLIA/, реж. Этторе Скола

1987. ОЧКИ В ЗОЛОТОЙ ОПРАВЕ /OCCHIALI D'ORO, GLI/, реж. Джулиано Монтальдо

1985. Д’АННУНЦИО /D'ANNUNZIO/, реж. Серджио Наска

1983. КЛЮЧ /CHIAVE, LA/, реж. Тинто Брасс

1980. ТЕРРАСА / TERRAZZA , LA / , реж. Этторе Скола

1979. УЧИТЕЛЬ ПЛАВАНИЯ / MAITRE - NAGEUR , LE /, реж. Жан-Луи Трентиньян

1976. ДВАДЦАТЫЙ ВЕК /NOVECENTO/, реж. Бернардо Бертолуччи

1976. ПИСТОЛЕТ «ПИТОН-357» /POLICE PYTHON.357/, реж. Ален Корно

1976. ВОЛШЕБНИКИ / MAGICIENS , LES /, реж. Клод Шаброль

1975. МЫ ТАК ЛЮБИЛИ ДРУГ ДРУГА /C'ERAVAMO TANTO AMATI/, реж. Этторе Скола

1972. АЛЬФРЕДО, АЛЬФРЕДО /ALFREDO, ALFREDO/, реж. Пьетро Джерми

1970. КОНФОРМИСТ /CONFORMISTA, IL/, реж. Бернардо Бертолуччи

1969. ЛЮБОВНИЦА ГРАМИНЬИ / AMANTE DI GRAMIGNA , L ’/, реж. Карло Лидзани, приз кинофестиваля в Сан-Себастьяне за лучшую женскую роль

1968. ПАРТНЕР /PARTNER/, реж. Бернардо Бертолуччи

1967. АМОРАЛЬНЫЙ / IMMORALE , L ’/, реж. Пьетро Джерми

1964. СОБЛАЗНЕННАЯ И ПОКИНУТАЯ /SEDOTTA E ABBANDONATA/, реж. Пьетро Джерми

1961. РАЗВОД ПО-ИТАЛЬЯНСКИ /DIVORZIO ALL'ITALIANA/, реж.Пьетро Джерми

1961. ФЕДЕРАЛ / FEDERALE , IL /, реж. Лучано Сальче

1961. НОЧНАЯ МОЛОДЕЖЬ / GIOVENTU DI NOTTE /, реж. Марио Секуи