Сандра была помолвлена с актёром Тейтом Донованом, партнёром по «Любовному напитку №9». Их отношения завершились спустя четыре года после съёмок. Она также встречалась с футболистом Троем Айкманом, музыкантом Бобом Шнайдером, актёрами Мэттью МакКонахи и Райаном Гослингом.

В 2005 году Буллок вышла замуж за специалиста по мотоциклам Джесси Джеймса. Вместе с мужем Сандра воспитывала его детей, в том числе пятилетнюю Санни от предыдущего брака Джесси с порноактрисой Джанин Линдмалдер.

В январе 2010 года пара усыновила мальчика Луиса Бардо.

В марте 2010 года, спустя несколько недель после церемонии «Оскар», Сандра Буллок оказалась в центре скандала: несколько женщин объявили в прессе о своих романах с Джесси во время его брака с Сандрой. Джеймс признал свою вину, публично попросил прощения у жены и лёг в реабилитационный центр. Однако Сандра подала на развод, который был оформлен в июне 2010 года.

Тогда же Сандра подала ходатайство по самостоятельному воспитанию приёмного сына Луиса.

Буллок кинокомпание Fortis Films, президентом которой является её отец. Сандра является продюсером популярной телепрограммы «Шоу Джорджа Лопеса». В Остине, штат Техас, Буллок принадлежат ресторан Bess Bistro, булочная и цветочный магазин.

Буллок попадала в список «Самых красивых людей мира» журнала People в 1996 и 1999 годах. Журнал Empire поставил её на 58 место в рейтинге «100 самых главных кинозвёзд всех времён».

Сандра Буллок активно занимается благотворительностью. Она пожертвовала 2 миллиона долларов Красному Кресту в помощь пострадавшим от стихийных бедствий. В 2010 году она внесла 1 миллион в фонд помощи жителям Гаити.

В конце лета 2015 года стало известно о том, что у актрисы появился новый бойфренд - известный в модной индустрии фотограф Брайан Рэндалл, с которым Сандра познакомилась, когда ей понадобился фотограф для сына Луиса.

В начале октября 2015 года стало известно, что Сандра удочерила девочку.