Ses quatre grands-parents sont des Polonais installés en France en 1933. Née Sandrine Kiberlajn, elle est la fille d'un expert comptable et auteur, David Decca, qui a connu sa femme dans un atelier de théâtre. Après avoir eu son baccalauréat (français), elle est admise en classe libre au Cours Florent de 1987 à 1989 puis au Conservatoire national supérieur d'art dramatique de 1989 à 1992.
Elle est nommée pour le César du meilleur espoir féminin en 1995 pour Les Patriotes, qu'elle remporte en 1996 pour En avoir (ou pas). L'année suivante, son interprétation dans Un héros très discret lui vaut une nomination pour le César de la meilleure actrice dans un second rôle. Elle a également été nommée deux fois pour le César de la meilleure actrice en 1999 pour À Vendre et en 1998 pour Le Septième ciel. Elle a enfin reçu le prix Romy-Schneider en 1995. Elle a été membre du jury du festival de Cannes en 2001.
C'est aussi une actrice de théâtre ; en 1997, elle a même reçu le Molière de la révélation théâtrale pour Le Roman de Lulu, une pièce écrite par son père qu'elle monte avec succès.
Elle a sorti le 14 mars 2005 son 1er album en tant que chanteuse : Manquait plus qu'ça (vendu à plus de 100.000 exemplaires) et participe depuis quelques années déjà à la grande tournée des Enfoirés.
Après une période de silence, elle revient en 2007 avec deux films (Très bien, merci et La Vie d'artiste) et un nouvel album à l'automne 2007.
Le 1er octobre 2007, elle sort son deuxième album Coupés bien net et bien carré qui comporte le single La Chanteuse. Auteur de tous les textes, elle s'est entourée pour la composition de ce deuxième opus d'Étienne Daho, de Mickaël Furnon (Mickey 3D), de Camille Bazbaz et de Pierre Souchon (fils d'Alain Souchon).
