Sarah Brannens intègre l'Ecole du Studio Théâtre d'Asnières à 18 ans, après une année d'étude en hypokhâgne. Elle y suit deux années de formation avant de rentrer au Conservatoire National Supérieur d'Art Dramatique de Paris, promotion 2016. Elle y étudie aux côtés de Daniel Mesguich, Xavier Gallais, Daniel Martin, Wajdi Mouawad. Au théâtre, elle joue notamment dans les créations de Wajdi Mouawad (Notre Innocence à la Colline), Mario Gonzales (L'Avare), Simon Rembado (Léonie dans Léonie est en avance ; Emilia Galotti ; Les Rats), Emmanuel Besnault (Le Cercle de craie), Bertrand de Roffignac (Four Corners of a Square with its Center Lost), Xavier Gallais (King Lear Conference). Elle est également collaboratrice artistique de Loïc Mobihan pour ses mises en scène de Léonce et Léna, et de Intérieur, dans lesquelles elle joue également. Elle a aussi tourné pour le cinéma, notamment dans le dernier film d'Otar Losseliani, Chant d’Hiver.