В 8 лет Сандро переехал из молодёжной команды «Герта» и присоединился к мюнхенской «Баварии». Вагнер завершил подготовку к сезону 2007/08 в основной команде. Из-за неудач Яна Шлаудраффа, Лукаса Подольски и Луки Тони он дебютировал в составе мюнхенцев 21 июля 2007 года против бременского «Вердера». А 25 июля он вышел против «Штутгарта» в стартовом составе и забил свой первый гол за карьеру. 11 августа он дебютировал в Бундеслиге, в матче против «Ганзы», заменив на 87 минуте форварда бременцев Мирослава Клозе. 9 июня 2008 года он подписал двухлетний контракт, действующий с июля 2008 года с клубом Второй Бундеслиги «Дуйсбургом».
В январе 2010 года Сандро Вагнер переехал в Бремен и подписал контракт с местным «Вердером» до 30 июня 2014 года.
Сандро Вагнер дебютировал за сборную Германии (до 21) в матче против молодёжной сборной Израиля, выйдя на замену на 68-ой минуте вместо Роуэна Хэннинга. После этого главный тренер молодёжной сборной Германии Хорст Хрубеш вызывал Сандро на следующие четыре отборочных матча чемпионата Европы среди молодёжных команд, но не сыграл ни одной игры до финала. Однако в финале не смог принять участие Ашкан Дежага из-за перебора жёлтых карточек. Вагнер вышел в стартовом составе и забил 2 гола, причём второй гол был признан лучшим голом июня в Германии. Молодёжная сборная Германии в том матче одержала победу 4:0 и соответственно стала победителем чемпионата Европы (до 21).