Sandrine Rousseau voit le jour le 8 mars 1972 à Maisons-Alfort dans le Val-de-Marne. Ses parents, inspecteurs des impôts, lui inculquent très tôt le goût de l’engagement politique. Elle s’inscrit dans un cursus économique à l’Université de Poitiers, puis elle poursuit ses études à l’Université de Lille 1. Titulaire d’un doctorat en économie en 2002, elle devient maître de conférences en sciences économiques à l’Université Lille 1.
Durant ses années d’études, la jeune femme commence à militer au sein d’un syndicat. Devenue enseignante, elle s’investit au sein du Syndicat national de l’enseignement supérieur (SNESUP). En 2009, elle rejoint le parti écologiste, Europe Ecologie Les Verts.
En mars 2010, elle se lance dans la vie politique et est candidate aux élections régionales pour le Nord-Pas-de-Calais. Elue, elle est devient vice-présidente du Conseil régional du Nord-Pas-de-Calais, chargée de l’Enseignement supérieur et de la recherche (2010–2015). A partir de 2013, elle nommée porte-parole du bureau exécutif d’EELV. Puis en juin 2016, Sandrine Rousseau devient secrétaire nationale adjointe d’EELV. En septembre 2017, elle révèle qu’elle n’a plus de fonction au sein d’EELV.
Fin septembre 2017, elle est invitée dans l’émission On n’est pas couché sur France 2, pour promouvoir son livre Parler. Dans son ouvrage, elle accuse l’homme politique Denis Baupin d' harcèlement sexuel. Pendant l’émission, elle est prise à partie par la chroniqueuse Christine Angot qui critique virulemment sa démarche.
Le 19 septembre 2021, lors du premier tour de la primaire écologiste, Sandrine Rousseau se qualifie pour le second tour face à Yannick Jadot. Le 28 septembre 2021, elle échoue face à Yannick Jadot, qui remporte la primaire écologiste avec 51,03% des voix.
Le 19 juin 2022, lors du second tour des élections législatives elle est élue à la neuvième circonscription de Paris.