Nacida como Sally Clare Kellerman en Long Beach el 2 de junio de 1937, había estudiado en la Hollywood High School y en otras instituciones, hasta que se mudó a Nueva York y se inscribió en la prestigiosa escuela de actuación Actors Studio, donde se había formado su muy admirado Marlon Brando.
Justamente, Sally se sintió atraída por la actuación después de ver a Brando protagonizar la película ¡Viva Zapata! (1952), dirigida por Elia Kazan.
La actriz ingresó bastante joven a la escena cinematográfica y televisiva de finales de la década de 1950 con una presencia fresca y distinta. Con su cuello de cisne y cabello rubio saltó a la fama con la comedia bélica M.A.S.H. (1970), por la que recibió nominaciones al Oscar y al Globo de Oro y ganó el Laurel de Oro y el Kansas City Film Critics Circle Award, al tiempo que intentaba una carrera como cantante.
Inicialmente rechazada por su gran altura, un cuerpo notablemente esbelto y una boca ancha, estuvo a punto de ser elegida por el director y productor Otto Preminger para protagonizar Santa Juana (1957), hasta que fue sustituida a último momento por Jean Seberg.
En tevé participó en series como Playhouse 90 (1959), Kelly and the College Man (1960), His Brother’s Keeper (1961) y Cheyenne (1962), hasta que llegó a la pantalla grande con Manos criminales (1962), de Newt Arnold, siempre en papeles secundarios.
También se la vio en El tercer día (1965), de Jack Smight, con George Peppard, y El estrangulador de Boston (1968), de Richard Fleischer, con Henry Fonda y Tony Curtis; hasta llegar a la famosa película de humor bélico con Donald Sutherland y Elliott Gould, que inició sus colaboraciones con Robert Altman.
Otros de sus títulos fueron Un día en dos vidas (1969), de Stuart Rosenberg, con Jack Lemmon, Catherine Deneuve y Charles Boyer; El volar es para los pájaros (1970), de Altman, con Bud Cort y Rene Auberjonois; Los cobardes viven bien, de Howard Zieff, con James Caan; Horizontes perdidos, de Charles Jarrott, con Peter Finch y Liv Ullmann, y Reflejos del miedo (1973), de William A Fraker, con Robert Shaw y Mary Ure.
La lista sigue con Cíclope, el autobús atómico (1976), de James Frawley, con elenco numeroso; Llámame a Los Ángeles (1977), de Alan Rudolph, con Keith Carradine y Geraldine Chaplin; Un pequeño romance (1979), de George Roy Hill, con Laurence Olivier y Broderick Crawford; Parejas amantes (1980), de Jack Smight, con Shirley MacLaine, James Coburn y Susan Sarandon; La vida es así (1986), de Blake Edwards, con Jack Lemmon y Julie Andrews; y Prêt-à-porter (1994), de Altman, con Anouk Aimée, Marcello Mastroianni, Sophia Loren y muchos más; entre otros títulos en los que su presencia jamás pasó inadvertida.
Estuvo casada entre 1970 y 1975 con el guionista Rick Edelstein, con quien tuvo una hija, y en 1980 se casó con el productor de cine Jonathan D. Krane, con el que tuvo gemelos.
