Sarah Adler naît à Paris, part vivre en Israël à l'âge de 10 ans et revient en France à l'âge de 16 ans.[réf. nécessaire]
Elle se rend ensuite à New-York pour commencer sa carrière d'actrice puis retourne en France avant de s'établir en Israël,.
En 2003, Sarah Adler se fait connaître en figurant au casting de Notre musique de Jean-Luc Godard, présentée lors du Festival de Cannes. Depuis, elle multiplie les tournages avec des réalisateurs français et américains. Elle apparaît dans le long métrage Marie-Antoinette de Sofia Coppola.
Elle se fait une réputation dans le cinéma israélien et participe à de nombreux festivals, tels que celui de Berlin en 2004 pour le casting de Avanim ; Les Méduses d'Etgar Keret et Shira Geffen, où elle figure, remporte la Caméra d'or au Festival de Cannes de 2007.
En France, elle joue dans le second long-métrage de Katia Lewkowicz intitulé Tiens-toi droite ainsi que dans un téléfilm Arte réalisé par Orso Miret. En Israël, elle fait partie du casting d'Ana Arabia, le dernier film réalisé par Amos Gitai.
En 2014, elle joue l'un des deux rôles principaux de Self made, de l'Israélienne Shira Geffen, présenté à la Semaine de la critique.
En 2015, Sarah Adler apparaît sur Arte, La Vie des bêtes. La même année, elle joue l'héroïne Marie, dans le téléfilm des Années perdues, diffusée sur France 3.
Elle vit à Paris.