Née le 14 août 1960 à Berkhampstead près de Londres, Sarah Brightman débute la danse dès l'âge de trois ans avant d'intégrer une école d'art à onze ans et de se mettre à chanter à l'adolescence. Ses goûts musicaux très éclectiques s'étendent de la musique classique de Tchaïkovski au chant grégorien, de Tom Jones au trip-hop.
À douze ans, elle joue dans la comédie musicale I and Albert de John Schlesinger sur la scène du Piccadilly Theatre et, à seize ans, dans la série télévisée Pan's People. Après avoir sorti un premier simple intitulé « I Lost My Heart to a Starship Trooper », avec le groupe Hot Gossip, elle étudie le chant classique et apparaît dans plusieurs comédies musicales de son époux Andrew Lloyd Webber comme Cats (1981) ou The Phantom of the Opera (1986). Le couple, marié en 1984, divorce en 1990 mais continue de collaborer.
La chanteuse sort deux albums consécutifs, The Trees They Grow So High (1988) et The Songs That Got Away (1989), avant de se séparer de son mari et de partir s'installer au États-Unis. Elle y rencontre alors Frank Peterson, qui produit ses albums suivants, Dive (1993) et Fly (1996). Sarah Brightman s'illustre en duo aux côtés de José Carreras, pour la cérémonie des Jeux Olympiques de Barcelone en 1992, avec la chanson « Friends for Life ».
Son album Timeless, aussi connu sous le titre Time to Say Goodbye (1997), obtient un succès considérable grâce à la chanson homonyme, interprétée en duo avec le ténor italien Andrea Bocelli. Il marque l'avènement d'un nouveau style faisant se fondre musiques pop et classique, auquel le public répondra avec tout autant d'enthousiasme pour les albums suivants, Eden (1999) et La Luna (2000).
Avec Harem (2003), Sarah Brightman s'ouvre aux sonorités orientales. Après Classics (compilation parue en 2006) et Diva (2006), Sarah Brightman revient en compagnie d'Andrea Bocelli sur un titre, avec l'album Symphony (2008). Dans le cadre de sa tournée promotionnelle, elle chante lors de la cérémonie d'ouverture des Jeux Olympiques de Pékin en 2008.