D'origine américaine, Sienna Guillory grandit en Angleterre et se tourne assez rapidement vers une carrière de comédienne en apparaissant dans plusieurs séries britanniques au cours des années 1990. En parallèle à ses activités en tant qu'actrice, la jeune femme débute également une carrière de mannequin davantage comme un travail alimentaire que par réel passion pour le milieu de la mode. Pendant quelques années, son physique avantageux lui permet donc de courir les défilés ainsi que de poser en couverture des plus prestigieux magazines de mode.

A l'orée des années 2000, Sienna Guillory quitte les podiums pour se consacrer définitivement à sa carrière de comédienne. Elle obtient des seconds rôles dans des films aux registres différents tels que la comédie Kiss Kiss, Bang Bang de Stewart Sugg où elle donne la réplique à Robert Downey Jr., le film fantastique La Machine à explorer le temps réalisé par le tandem Simon Wells et Gore Verbinski ou encore la comédie romantique Love Actually de Richard Curtis. Mais le vrai rôle qui va permettre à la comédienne de se faire un nom est celui de Jill Valentine, l'amazone moderne dans Resident Evil : Apocalypse réalisé par Alexander Witt et adapté du jeu vidéo du même nom. Le film est un succès et Sienna Guillory retrouvera son personnage à deux autres reprises avec Resident Evil : Afterlife 3D en 2010 et Resident Evil : Retribution en 2012, à chaque fois réalisé par Paul W.S. Anderson. Ironie du sort lorsque l'on sait que le rôle n'était au départ pas destiné à la comédienne et qu'il lui fut proposé très peu de temps avant le début du tournage !

En parallèle à son personnage de Jill Valentine qu'elle retrouve donc régulièrement, Sienna Guillory s'illustre également dans plusieurs séries télévisées aussi bien en Grande Bretagne avec les séries policières Miss Marple ou Luther qu'aux Etats-Unis où elle participe à plusieurs épisodes de la troisième et quatrième saison de Esprits Criminels. L'actrice ne quitte pas pour autant le cinéma et donne la réplique à des comédiens prestigieux comme Jeremy Irons dans le film d'Heroic Fantasy Eragon de Stefen Fangmeier en 2006 ou Antonio Banderas dans le thriller The Big Bang réalisé par Tony Krantz en 2011.