Sabrina Carpenter a grandi dans une famille musique, son père étant l'ancien batteur de la bande country The Bellamy Brothers. Elle commence sa carrière musicale à l'âge de 12 ans en jouant le rôle de Maya Hart dans la série télévisée Disney *Génie en herbe*. Cette expérience lui vaut un Rising Star Award aux Teen Choice Awards 2014.
En parallèle, elle sort son premier single *Can't Blame a Girl for Trying* en 2014 et publie son premier EP *Can't Blame a Girl for Trying* en 2015. Son second EP, *Evolution*, sort l'année suivante, contenant notamment le single à succès *Smoke & Fire*.
En 2016, elle sort son premier album studio, *Eyes Wide Open*, qui se place dans le top 10 des albums les plus vendus aux États-Unis. La même année, elle publie un EP de Noël, intitulé *Charlie Brown Christmas Is For Real*.
En 2017, Sabrina Carpenter fait une apparition dans la série télévisée Netflix *One Day at a Time* et joue le rôle principal du film d'animation *Peter Rabbit*, doublant la voix de Flopsy.
En 2018, elle sort son deuxième album studio, *Singular: Act I*, qui se classe numéro 13 aux États-Unis. La même année, elle interprète le rôle principal du film musical *Hamlet* en concert à Londres. En 2019, elle fait une apparition dans la série télévisée *Modern Family*.
En 2020, Sabrina Carpenter sort son troisième album studio, *Singular: Act II*, qui se classe numéro 8 aux États-Unis. La même année, elle joue le rôle principal du film *The Short History of the Long Road* et apparaît dans la série télévisée *Charmed*.
En 2021, elle apparait dans le court-métrage *Love in the Time of Corona*, et fait une apparition dans la série télévisée *Gossip Girl*.