Originaire de Johannesburg, Sasha Pieterse émigre aux États-Unis à l'âge de trois ans et grandit entre Las Vegas et Los Angeles. Forcée de suivre ses parents danseurs professionnels dans leurs déplacements à travers le monde (dont un passage par la France), elle suit essentiellement des cours par correspondance et obtient son diplôme de fin d'études, à l'âge de 14 ans.

En 2000, à 4 ans, elle se fait repérer par un agent artistique et commence à tourner dans des publicités. Deux ans plus tard, elle se lance dans la comédie dans le rôle d’Elizabeth "Buffy" Patterson-Davis dans la série Family Affair/ Cher oncle Bill. Grâce à ce rôle, elle remporte un Young Artist Award. Des débuts prometteurs, confirmés en 2005 par son rôle de guest (une petite fille atteinte d'un cancer en phase terminale) dans la série Dr House qui lui vaut une nomination aux Emmy Awards.

A 13 ans, Sasha Pieterse auditionne pour incarner Alison Dilaurentis dans la série Pretty Little Liars : fille la plus populaire du lycée, méchante, narcissique et hypocrite, le personnage est au centre du show, dont la trame repose essentiellement sur le mystère de sa mort durant une soirée pyjama en compagnie de ses "amies" Hannah, Aria, Spencer et Emilie. Si Sasha Pieterse ne fait au départ que de courtes apparitions dans la série, elle devient plus régulière par la suite… effectuant même un retour surprenant dans la saison 5.

Parallèlement, la comédienne se voit confier l'un des rôles principaux du Geek Charmant, téléfilm original Disney Channel. En 2013, elle est en tête d'affiche de la comédie G.B.F (Gay Best Friend). Sasha Pieterse mène parallèlement une carrière de chanteuse aux côtés de Dan Franklin (elle se passionne pour la musique country depuis son plus jeune âge) et s’illustre également dans le mannequinat.

Léa Rabinaud