Im Alter von 15 Jahren gewann Sandrelli einen Schönheitswettbewerb, wodurch sie umgehend ihre erste Filmrolle in Mario SequisGioventù di notte (1961) bekam. Neben Ugo Tognazzi spielte sie im selben Jahr in Luciano Salces Faschismuspersiflage Il federale und als junge Verführerin in der Komödie Scheidung auf italienisch von Pietro Germi. Sie trat noch in mehreren Filmen Germis auf, darunter in einer Doppelrolle an der Seite von Dustin Hoffman in Alfredo, Alfredo, dem letzten Film des Regisseurs. Unter Bernardo Bertolucci wirkte sie in Partner (1968) und Novecento (1976) mit. Ettore Scola besetzte sie neben Nino Manfredi und Vittorio Gassman in C’eravamo tanto amati (1974), einer Geschichte der italienischen Linken.
Anfang der 1980er Jahre erreichte ihre Karriere einen Tiefpunkt. 1983 spielte sie die Hauptrolle in Tinto Brass’ Erotikkomödie La chiave, deren Erfolg ihre Filmarbeit wieder zum Leben erwecken konnte. Zu ihren herausragenden Leistungen der 1980er Jahre zählen ihre Darstellungen in Ettore Scolas Die Familie (1987) und in Roberto Benignis Komödie Ein himmlischer Teufel (1988), in der sie die Liebhaberin eines von Walter Matthau verkörperten Priesters spielte.
Bei einem Großteil ihrer Filme handelte es sich um internationale, häufig italienisch-französische Koproduktionen.