Biographie :
Sabrina et sa soeur Sarah ont partagé une chaîne YouTube avec d'autres filles lorsqu'elles étaient plus jeunes. Elle s'est toujours intéressée au chant et à la musique. Elle crée sa propre chaîne YouTube en 2009 où elle poste des covers, alors qu'elle n'a que dix ans.
Elle termine troisième dans un concours de chant dirigé par Miley Cyrus, The Next Miley Cyrus Project.
À l'âge de 13 ans, elle déménage à Los Angeles avec sa famille pour avoir plus d'opportunités. Elle devient célèbre grâce à la série de Disney Channel intitulé Le Monde de Riley aux côtés de Rowan Blanchard.
Sa meilleure amie est l'actrice Joey King.
Dans une interview avec Disney Insider, Sabrina Carpenter a cité Christina Aguilera et Adele comme influences musicales.
Son premier rôle d'actrice, en 2011, est en tant que figurante pour la série dramatique de NBC New York, unité spéciale. Elle interprétait le rôle d'une jeune fille violée, interrogée par le détective Elliot Stabler (Christopher Meloni). En parallèle, elle participait en direct sur la station de télévision chinoise Hunan Broadcasting System (en), à l'occasion du Gold Mango Audience festival. Elle a aussi interprété la chanson Something's Got a Hold on Me d'Etta James, avec le style de Christina Aguilera dans le film Burlesque, Channel Gulliver Quinn et la série pilote ABC The Unprofessional.
En janvier 2013, Sabrina Carpenter a passé une audition pour le rôle de la rebelle Maya Hart pour la série Disney Channel Le Monde de Riley, au côté de Rowan Blanchard. La série est une suite à celle d'ABC Boy Meets World de 1993.
Elle joue en 2013 dans un film intitulé Horns de Alexandre Aja aux côtés de Daniel Radcliffe et apparaît en guest-star dans plusieurs séries comme Orange Is The New Black.