Sabine Sinjen wurde am 18. August 1942 in Itzehoe geboren und wuchs bei ihrer Mutter, der Journalistin Marlen Sinjen, geborene Kolbe, in Hamburg und München auf. Schon in ihrer Jugend war sie beim Kinderfunk des NWDR tätig, in dem von Artur Brauner produzierten gesellschaftskritischen Drama "Die Frühreifen" hatte sie mit 15 Jahren 1957 ihr Leinwanddebüt. An der Seite von Lilli Palmer und Romy Schneider spielte sie ein Jahr später in "Mädchen in Uniform" eine der Schülerinnen eines streng preußischen Mädchenpensionats. Ebenfalls 1958 übernahm sie - wie in "Die Frühreifen" unter der Regie von Josef von Baky - ihre erste Hauptrolle in "Stefanie", der ein großer Erfolg wurde, Sinjen zum Teenager-Star machte und die Fortsetzung "Stefanie in Rio" nach sich zog. 

Ihr Image des natürlichen, unverdorbenen jungen Mädchens mit der "rührenden Ernsthaftigkeit" festigte sich durch Heimatfilme wie "Die Försterchristel" sowie in einer Reihe weiterer CCC-Produktionen von Artur Brauner. In den frühen 1960er Jahren war sie zudem auch in Helmut Käutners "Das Glas Wasser" (1960) und in dem deutschen Western "Die Flußpiraten vom Mississippi" (1963) zu sehen. Parallel dazu begann sie sich auf Theater- und TV-Produktionen zu konzentrieren, spielte unter anderem am Berliner Schiller-Theater (1961-63), an den Staatlichen Schauspielbühnen Berlin (1967) sowie am Wien Theater in der Josefstadt (1967-71). Im Fernsehen wurde sie nicht zuletzt als Tierarzttochter an der Seite von Gustav Knuth in der ARD-Serie "Alle meine Tiere" (1962-63) populär. 

Mitte der 1960er Jahre gelang Sabine Sinjen mit Charakterhauptrollen in Ulrich Schamonis "Es", für den sie das Filmband in Gold beim Deutschen Filmpreis erhielt, "Alle Jahre wieder" und "Wir - zwei" (Ernst-Lubitsch-Preis) ein Imagewechsel, indem sie Frauen verkörperte, die in ihrem Alltag mit tiefgreifenden Problemen konfrontiert sind. Auch die bürgerliche Zweierbeziehung erschien in diesen Produktionen des Jungen Deutschen Films nicht mehr als Ziel aller Träume, sondern als Ursache immer neuer Fragen. In den 1970er Jahren profilierte sich Sinjen, die 1971 das Bekenntnis "Wir haben abgetrieben!" in der Zeitschrift Stern mitunterzeichnet hatte, weiter als Bühnenschauspielerin, gastierte unter anderem am Zürcher Schauspielhaus und gehörte von 1976 bis 1980 dem Ensemble des Thalia-Theaters in Hamburg an. 

1984 erkrankte sie schwer an einem Tränendrüsenkarzinom und erblindete 1986 nach einer Operation auf dem rechten Auge. Kurz zuvor hatte sie noch in Peter Schamonis Dokumentarfilm mit Spielhandlung, "Caspar David Friedrich. Grenzen der Zeit", die Rolle der Caroline Friedrich gespielt.

Im Dezember 1987 gelang ihr am Berliner Schillertheater in Jean Cocteaus Ein-Personen-Stück "Die geliebte Stimme" ein viel beachtetes Theater-Comeback. Film- und Fernsehrollen wurden jedoch seltener, 1993 war sie in "Das Haus im Ginster" ein letztes Mal im Kino zu sehen.

Am 18. Mai 1995 starb Sabine Sinjen im Alter von nur 52 Jahren an den Folgen ihres Krebsleidens in Berlin.