Sara Paxton inizia a recitare fin da piccola, e il primo ruolo che ha è nel 1997, in Bugiardo bugiardo dove recita al fianco di Jim Carrey. Nel periodo che segue dal 1999 al 2000 partecipa a diverse serie tv, fra cui anche Lizzie McGuire, su Disney Channel. Nel 2003 Sara interpreta un piccolo ruolo in un film in 3D andato in onda negli Stati Uniti. Successivamente partecipa anche ad un episodio di CSI: Miami, dove interpreta Lana.

Nominata agli Emmy Awards nel 2006 nella categoria miglior attrice e cantante. I suoi successi sono stati: Aquamarine, Sleepover e Ritorno ad Halloweentown.

Suo padre, Steve Paxton, è un uomo di affari di origini europee, mentre sua madre è una dentista, ed è nata a Monterrey, in Messico. Per questo motivo Sara parla anche spagnolo. È figlia unica ed è cresciuta a San Fernando Valley.

Il primo ruolo importante che la Paxton interpreta è nel film Sleepover, girato nel 2004. Ottiene anche un ruolo nel telefilm Summerland dove recita al fianco di Jesse McCartneyinterpretando la sua ragazza Sarah Borden. Nell’anno 2006 riceve il premio Emmy. Prima di ricevere questa nomination, Sara interpreta una sirena nel film Aquamarine, e recita con Emma Roberts e JoJo.

Successivamente, nel 2006, prende il posto di Kimberly J. Brown nella saga di film Halloweentown. La ragazza recita insieme a Lucas Grabeel nel seguito Ritorno ad Halloweentown. Nel 2007 la Paxton partecipa al film con Amanda Bynes e Matt Long, Sydney White – Biancaneve al college. Sara interpreta anche Jill Johnson nel film Superhero – Il più dotato fra i supereroi al fianco di Drake Bell (Rick Riker/L’Uomo Libellula). Successivamente interpreta Mari nel film L’ultima casa a sinistra, remake dell’omonimo film diretto da Wes Craven nel 1972.

Ha avuto ruoli da guest star in Malcolm, Jonas L.A. e Will & Grace. Nel 2011 esce The Innkeepers, un film horror, in cui ha il ruolo della protagonista.

Il suo primo CD musicale si intitola The Ups and Downs, ed è un misto fra rock e pop.