Kiele Sanchez három testvérével nőtt fel Chicago külvárosában. Sanchez, aki félig Puerto Ricó-i és félig francia, nagy érdeklődést mutatott a színjátszás iránt.
2000-ben otthagyta az otthonát, hogy New York-ban részt vegyen az MTV Wanna Be a VJ műsorában. Több ezer emberből bejutott az első öt közé. Az öt döntős közül az egyikként kiválasztották, de nem nyerte meg a versenyt. A verseny következtében felkereste egy ügynök, aki látta őt a műsorban. Az ügynöke ajánlására elköltözött Los Angelesbe. Több tv-sorozatban játszott, a Magyarországon is bemutatott Lost – Eltűntek című drámasorozat harmadik évadjában Nikkit alakította.
2012 óta Zach Gilford színész felesége, két gyermekük született.