Actrice précoce, Sarah Hyland est déjà au travail à 4 ans, pour des publicités et des voix. La fille de Melissa Canaday et Edward James Hyland obtient son premier rôle en 1997 dans Parties intimes, où elle joue la fille d'Howard Stern. C'est de son père, acteur de théâtre, qu'elle tient son amour de la comédie. Sa mère est elle-même coach pour jeunes acteurs.

Sarah enchaîne les personnages avec L'Objet de mon affection en 1998 puis avec la série Another World en 1999, dans laquelle elle incarne un enfant sauvage. Elle rencontre sur le plateau Amy Carlson avec qui elle tournera plusieurs fois par la suite, dans les séries Falcone et New York - Police judiciaire. Elle incarne pour ses 10 ans Audrey Hepburn jeune dans le biopic éponyme.

Outre son métier de comédienne, elle apprend la danse jazz, hip-hop et ballet et est même invitée au Lincoln Center à la classe de danse et théâtre pour un numéro de claquettes. Après avoir été scolarisée un temps à domicile, elle termine ses études par un PPAS (Professional Performing Arts School) avant de déménager à ses 18 ans à Los Angeles. Elle y décroche vite un rôle dans le sitcom Modern Family, série récompensée depuis d'un Emmy Award.

Des plus productives, elle n'a cessé de jouer pour le cinéma et la télévision avant et après son départ pour la cité des anges. Ses talents de danseuse sont même sporadiquement réclamés. Plus connue aux Etats-Unis au travers des multiples séries et téléfilms dans lesquelles elle a joué, de Lipstick Jungle au Geek charmant, Vampire Academy marque sa première collaboration avec le réalisateur teenage Mark Waters, ainsi que sa première réelle incursion dans le genre fantasy.

Elle possède par ailleurs un petit malti-poo (genre de bichon) prénommé Barkley. Contrairement à ce que beaucoup croient, son frère Ian Hyland, également acteur, est son cadet de quatre ans. Elle dut subir une greffe de rein en 2012, donné par son propre père.