Sarah Michelle Gellar voit le jour le 14 avril 1977 à New York. Fille unique, elle grandit aux côtés de sa mère, Rosellen, institutrice, après le divorce de ses parents au milieu des années 80. Son père, Arthur Gellar, qui travaille dans l'industrie textile, disparaît de l'existence de la fillette après son divorce. Dès l'âge de 4 ans, le joli minois de Sarah est remarqué par un agent alors qu'elle déjeune avec sa mère dans un restaurant. En 1982, elle tourne un spot publicitaire pour la chaîne de fast food Burger King dont elle devient la jeune ambassadrice. Enfant solitaire, elle pratique beaucoup de sport, notamment du patinage artistique et se réfugie dans cette discipline. Parallèlement, elle effectue une scolarité classique avant d'intégrer la Professional Children's High School, un établissement plus adapté à ses activités extra-scolaires artistiques, et dont elle sort diplômée en 1994.
Sarah Michelle Gellar fait ses débuts sur grand écran dans Over the Brooklyn Bridge en 1984, aux côtés de Margaux Hemingway. Elle multiplie les spots publicitaires, écume les castings, et fait des apparitions dans quelques séries (Crossbow, Spenser). En 1992, elle obtient un rôle récurrent dans la série Swans Crossing, puis l'année suivante décroche un rôle dans All my children, une série populaire qui va contribuer à la faire connaître, et qui lui permet de décrocher un Emmy Awards dans la catégorie meilleure jeune actrice dans une série (1995). La révélation au grand public arrive lorsqu'elle devient l'héroïne de Buffy contre les vampires en 1997. La série rencontre un énorme succès et permet à l'actrice de tourner pour le cinéma entre deux saisons. Elle enchaîne alors les productions destinées à un public adolescent (Souviens-toi…l'été dernier, Scream 2, Sexe intentions, Scooby-Doo…). En 2003, elle annonce qu'elle quitte la série Buffy contre les vampires après le tournage de la 7ème saison.
L'actrice se consacre alors au grand écran et reprend le rôle de Daphné dans le deuxième volet de Scooby-Doo 2: Les monstres se déchaînent en 2004. Elle casse ensuite son image et décide de changer de registre avec le film d'épouvante de Takashi Shimizu, The Grudge, tourné au Japon. Le film est un immense succès commercial et deux ans plus tard l'actrice tourne la suite, The Grudge 2. Sarah Michelle Gellar s'éloigne quelque temps des plateaux de tournage pour se consacrer à sa vie personnelle. Elle tente de renouer avec le petit écran, en 2011 avec la série Ringer, puis en 2013 avec The Crazy Ones aux côtés de Robin Williams, mais elles ne rencontrent pas le succès escompté. En 2016, l'actrice tourne le pilote d'une nouvelle série, Cruel Intentions, inspirée du film Sexe Intentions (1999) et reprend le rôle de Kathryn Merteuil.
Côté vie privée, Sarah Michelle Gellar est mariée depuis 2002 à l'acteur Freddie Prinze Jr., rencontré sur le tournage de Souviens-toi…l'été dernier, en 1997. Le couple a deux enfants; Charlotte née en 2009 et Rocky né en 2012.