Vero nome Alexandra Cymboliak Zuck, (Bayonne, 23 aprile 1942 – Thousand Oaks, 20 febbraio 2005), è stata un'attrice statunitense, interprete di "telefilm" tra il 1957 e il 1967, dove incarna la ragazza della porta accanto, dal viso pulito e ingenuo. Originaria dello stato del New Jersey e figlia di John Zuck e Mary Cymboliak (di origini slave). Successivamente i genitori divorziarono e la madre si risposò con Eugene Douvan. Il suo nome Alexandra venne abbreviato in Sandra quando iniziò a lavorare come modella, mentre il cognome venne sostituito in Dee come l'iniziale del suo patrigno. Sandra Dee iniziò la carriera di modella già all'età di quattro anni, ma ebbe successo e notorietà nel campo all'età di 12 anni.
La grande occasione la ebbe nel 1957, all'età di 15 anni, con la partecipazione al film "Quattro donne aspettano" diretto da Robert Wise.

Nel 1958 vince un Golden Globe come "Most Promising Newcomer" (insieme con Carolyn Jones e Diane Varsi). In seguito la sua carriera cinematografica giunge all'apice diventando celebre per le sue interpretazioni in ruoli da ragazzina ingenua in film come "Lo specchio della vita", "I cavalloni" (tutti del 1959 e soprattutto con "Scandalo al sole"(sempre del 1959) diretto da Delmer Daves, che fece scalpore con scene osé per quei tempi. Sandra ebbe ben 12 nomination a vari premi per le sue interpretazioni.
Nel 1960, alla giovanissima età di 18 anni, sposa il cantante-attore Bobby Darin. In quegli anni la Dee era sotto contratto con gli Universal Studios che cercarono di traghettare l'attrice verso ruoli più maturi. In questo periodo girò con il marito alcune pellicole come "Torna a settembre" e "Una sposa per due" di modesto successo. Il 16 dicembre 1961 nasce il suo unico figlio Dodd Mitchell Darin, mentre dal marito divorzia nel marzo del 1967. Ironicamente, anche la sua carriera cinematografica termina nello stesso periodo.

Negli anni settanta la sua presenza sugli schermi divenne sporadica; infatti in questo periodo le vennero affidati pochi ruoli e solo occasionali apparizioni televisive.
Il suo personaggio resta fonte di ispirazione per la canzone "Look At Me, I'm Sandra Dee", tratto dal celebre musical di Broadway del 1972 "Grease". La canzone riapparirà nella versione cinematografica del 1978.

La sua relazione con Bobby Darin è stata rappresentata in un film uscito nelle sale cinematografiche nel 2004, intitolato "Beyond the Sea".
Sandra Dee in un'intervista ha ammesso di aver sofferto per molta parte della sua esistenza di anoressia nervosa, depressione e alcolismo, questo a causa delle violenze che aveva subito da piccola da parte del patrigno (come raccontato nel libro pubblicato nel 1994 dal figlio Dodd sulla vita dei genitori).

Sandra muore nel febbraio del 2005 all'età di 62 anni per complicazioni renali. È sepolta nel "Forest Lawn Memorial Park Cemetery" ad Hollywood.