Sarah Stern se forme à la Royal Academy of Dramatic Art, à Londres. Après quelques apparitions à la télévision, elle tourne en 2007 dans la comédie romantique Ce soir, je dors chez toi sous la direction d'Olivier Baroux. Un petit rôle qui lui permet d’être à nouveau choisie par le metteur en scène pour son quatrième film Les Tuche qui sort en 2011.

Dans cette comédie populaire qui connait un grand succès en salles (1.5 million d’entrées en France), Sarah Stern se glisse dans la peau de Stéphanie, fille superficielle mais touchante de Jean-Paul Rouve et Isabelle Nanty qui a pour modèle Paris Hilton. Le film a pour conséquence de faire connaître la comédienne aux yeux du grand public.

En 2016 sort la suite, Les Tuche 2 - Le rêve américain, où elle tient le même rôle et où la famille pose cette fois ses valises aux Etats-Unis. Le succès du film donne logiquement lieu à une suite encore plus lucrative (4,6 millions d'entrées en France), occasionnant un troisième en 2018 (5,7 millions d'entrées !), puis un quatrième opus en 2021.

Entre temps, Sarah Stern refait équipe avec Safy Nebbou (après le drame L'Empreinte de l'ange sorti en 2008) pour Comme un homme où elle campe une jeune professeur d’anglais séquestrée par les élèves Emile Berling et Kévin Azaïs. On la voit également dans la comédie romantique Les Goûts et les Couleurs, le drame Voir le jour et la comédie policière Murder Party.

La comédienne n'en oublie pas pour autant le petit écran, comme en témoigne sa participation à six épisodes de la série de science-fiction Trepalium. Dans Baron Noir, elle joue Léandra Tallier, députée européenne du Rassemblement National.