Ihre Eltern und ihr älterer Bruder ermutigten Sarah Gadon, eine Karriere als Schauspielerin zu versuchen. Sie debütierte 1998 als Zehnjährige in einer Folge der kanadischen Fernsehserie Nikita. Es folgten weitere Gastauftritte in Fernsehserien und im Jahr 2000 eine größere Rolle in der Fernsehkomödie Das zweite Ich, für die sie 2001 als Mitglied des Schauspielerensembles für den Young Artist Award nominiert wurde.
Im Fernsehdrama Stürmische Zeiten (2001) spielte Gadon an der Seite von Elizabeth Perkins; in der Komödie Soldat Kelly (2002) war sie neben Hilary Duff zu sehen. In der Komödie Fast Food High (2003) übernahm sie neben Alison Pill eine der Hauptrollen. Von 2006 bis 2007 spielte sie in der Fernsehserie Ruby Gloom die Titelrolle. Sie spielte auch eine Nebenrolle in der Fernsehserie Mensch, Derek!. 2011 agierte sie unter anderem mit Viggo Mortensen und Keira Knightley in dem Film A Dangerous Method, in dem es um Carl Gustav Jung geht. Für ihre Rolle als Helen Bell im Thriller Enemy wurde sie 2014 als beste Nebendarstellerin mit einem Canadian Screen Award ausgezeichnet.
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