Fue a la escuela Hollywood High School y realizó sus estudios superiores en Los Angeles City College. Más tarde estudió actuación en The Actors Studio en Nueva York. A la edad de 19 años consiguió un contrato como cantante con el sello Verve Records.

Debutó en la película dramática Reform School Girl (1957), dirigida por Edward Bernds. En la comedia M*A*S*H (1970), de Robert Altman, interpretó el papel de Major Margaret O'Houlihan. Gracias a este papel fue nominada al Óscar en la categoría de mejor actriz de reparto y al Globo de Oro en la misma categoría. Finalmente conseguiría el Laurel de Oro y el Kansas City Film Critics Circle Award.

Consiguió un papel protagonista en Brewster McCloud (1970), también dirigida por Altman. En el drama Foxes (1980) interpretó a Mary, la madre de Jeanie, personaje interpretado por Jodie Foster. En la comedia It Rained All Night the Day I Left (1980) de Nicolas Gessner trabajó junto con Tony Curtis, película por la que consiguió en 1980 una nominación al Genie Award. Por su papel en la comedia Prêt-à-Porter (1994) obtuvo junto con el resto del reparto el National Board of Review Award.

Estuvo casada entre 1970 y 1975 con el guionista Rick Edelstein, con quien adoptó una hija. En 1980 se casó con el productor de cine Jonathan D. Krane con quien tuvo dos hijos gemelos.

• 1957: Reform School Girl
• 1962: Hands of a Stranger
• 1965: The Third Day
• 1966: Bonanza S7E33
• 1968: The Boston Strangler
• 1968: Star Trek: como la Doctora Elisabeth Denner
• 1969: April Fools
• 1970: M*A*S*H
• 1970: Brewster McCloud
• 1973: Slither
• 1973: Lost Horizon
• 1976: The Big Bus
• 1976: Bienvenido a Los Ángeles
• 1979: I love you, je t'aime
• 1980: Foxes
• 1980: Deux affreux sur le sable
• 1980: Head On
• 1985: Sexpionaje
• 1985: Moving Violations
• 1985: Sesame Street Presents... Follow That Bird
• 1986: Back to School
• 1986: That's Life!
• 1988: You Can't Hurry Love
• 1989: All's Fair
• 1989: Limit Up
• 1991: Drop Dead Gorgeous
• 1992: Boris y Natasha
• 1993: Mask of Murder 2
• 1994: Prêt-à-Porter
• 1997: The Maze
• 2000: Women of the Night
• 2004: Open House
• 2007: The Prince and the Pauper
• 2008: Delgo

Premios Óscar

• Esta obra contiene una traducción derivada de «Sallz Kellerman» de Wikipedia en alemán, concretamente de esta versión, publicada por sus editores bajo la Licencia de documentación libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 4.0 Internacional.
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• Sally Kellerman en Internet Movie Database (en inglés).