Sasha Grey grandit à Sacramento, dans une famille américaine défavorisée. Alors qu’elle est encore très jeune, ses parents divorcent. Sa mère se remarie en 2000, année des 12 ans de Sasha. Sasha Grey suit tout d'abord des études de théâtre, avant de s’installer à Los Angeles pour devenir actrice pornographique. La première scène qu’elle tourne est un gang-bang avec l’acteur Rocco Siffredi dans le film The Fashionistas 2.

Elle reconnait être bisexuelle et avoir pour modèle Belladonna, avec qui elle tourne dans Fetish Fanatic #4 et dans The Awakening of Sasha Grey réalisé par Belladonna. Elle tourne des films gonzo, pratiquant le sado-masochisme et la sodomie. Elle a aussi tourné beaucoup de scènes fétichistes (menottée, ayant un rapport sexuel dans des toilettes, etc.). Elle est célèbre pour ses performances lors des scènes de fellation et de gorge profonde, qui lui ont valu le AVN Award « Best Oral Sex Scene » (« meilleure fellation ») en 2008, dans le film Babysitters.

En 2008, elle est l’héroïne de Sasha Grey's Anatomy, une parodie pornographique de la série américaine Grey's Anatomy. Sasha Grey pose pour la marque American Apparel. « Penthouse Pet » du mois de juillet en 2007, elle a tourné 130 films en 2 ans. Elle fait partie de la jeune génération avec Pink Pussy et Paige Taylor. Avec l’actrice Stoya, Sasha Grey incarne par ailleurs un nouveau genre pornographique, qui allie les pratiques extrêmes aux ambiances gothiques : l’Alt porn.