Née Sandra Louise Smith le 28 mai 1944 à Shelbyville, dans le Tennessee, celle qui prendra plus tard le nom de Sondra Locke grandit dans le Sud des États-Unis. Élevée par sa mère et son beau-père dont elle adopte le patronyme, elle se passionne très tôt pour la comédie et le théâtre, un univers qui lui permet d'échapper à un quotidien provincial qu'elle juge trop étroit pour ses ambitions.
Sa carrière démarre sur les chapeaux de roue à la fin des années 1960 lorsqu'elle passe un casting national pour l'adaptation cinématographique du roman Le cœur est un chasseur solitaire. Retenue parmi des centaines de candidates pour le rôle de Mick Kelly, sa prestation bouleversante de justesse lui vaut immédiatement une nomination à l'Oscar de la meilleure actrice dans un second rôle en 1969, lançant idéalement sa trajectoire à Hollywood.
Le milieu des années 1970 marque un tournant décisif dans sa vie professionnelle et personnelle lorsqu'elle est choisie pour donner la réplique à Clint Eastwood dans le western Josey Wales hors-la-loi. Ce tournage scelle le début d'une relation amoureuse et exclusive qui va durer plus d'une décennie, faisant d'elle la muse et la partenaire privilégiée de la star à l'écran comme à la ville.
Pendant dix ans, elle enchaîne les longs-métrages sous la direction ou aux côtés de son compagnon, s'illustrant dans des succès populaires tels que L'Épreuve de force, Doux, dur et dingue ou encore Le Retour de l'inspecteur Harry. Cette collaboration ultra-fusionnelle lui apporte une immense visibilité internationale, même si une partie de la critique regrette parfois qu'elle ne diversifie pas davantage ses projets en dehors de ce giron protecteur.
Soucieuse d'affirmer sa propre vision artistique, elle passe avec succès derrière la caméra à la fin des années 1980 en réalisant son premier long-métrage, Ratboy. Cette fable tragi-comique et singulière prouve qu'elle possède un univers visuel propre et une sensibilité de metteuse en scène affirmée, des qualités qu'elle confirmera un peu plus tard avec la réalisation du thriller Impulsion.
La rupture brutale avec Clint Eastwood à la fin de la décennie se transforme en une bataille judiciaire ultra-médiatisée qui secoue le tout-Hollywood. Privée de nombreux projets à la suite de ce conflit et luttant contre d'importants problèmes de santé, notamment un cancer du sein, elle fait preuve d'une immense résilience en publiant une autobiographie sans concession où elle livre sa propre vérité sur les coulisses de sa vie de star.
Elle passe les dernières décennies de sa vie de manière beaucoup plus discrète, se tenant éloignée des grands plateaux de tournage mais continuant à s'investir ponctuellement dans la production indépendante. Entourée de ses proches et de ses animaux, elle préserve farouchement son intimité dans sa demeure de Los Angeles, loin du tumulte des tabloïds qui avaient tant exposé sa vie privée.
Sondra Locke s'éteint le 3 novembre 2018 à Los Angeles, en Californie, à l'âge de 74 ans, des suites d'un arrêt cardiaque lié à ses complications médicales. Après sa disparition, son corps est incinéré et ses cendres sont confiées à sa famille et ses proches, laissant le souvenir d'une artiste aux multiples facettes qui aura marqué le cinéma américain des années 1970 et 1980 par sa présence magnétique et son tempérament indomptable.