Родилась в 1944 году в Бостоне. В 1966 году окончила бакалавриат по физике в Свартморском колледже. Получила диплом доктора философии по астрономии в Гарвардском университете в 1972 году. С 1972 года работает в Калифорнийском университете в Санта-Крузе, и в 1995 году получила там же должность профессора.
Научные интересы Сандры Фабер лежат в области исследования механизмов образования и эволюции галактик и эволюции крупномасштабной структуры Вселенной. Выдвинула теорию о холодной тёмной материи.
Опубликовала порядка 440 работ. Имеет около 30500 ссылок на них. Индекс Хирша — 87,5.