Sienna Guillory, geboren in Fulham, London, ist die Tochter von Tina Guillory und dem in Kuba geborenen US-amerikanischen Gitarristen Isaac Guillory, der durch seine Arbeit mit Donovan, Joan Baez, Elkie Brooks oder Mick Jagger bekannt wurde. Sienna Guillory hat zwei Schwestern, Jace und Eleanor, und einen Bruder, Jacob.
Sie besuchte die Gresham's School in Norfolk. Ihr Debüt gab sie in der englischen Fernsehserie Riders.
In Kinofilmen wie The Time Machine bekam sie zunächst einige Nebenrollen. Größere Rollen, vor allem als schöne Kriegerin, spielte sie in Filmen wie Resident Evil: Apocalypse und Eragon - Das Vermächtnis der Drachenreiter. In der Verfilmung des Bestellers Tintenherz wird sie 2008 ebenfalls zu sehen sein.
1997 heiratete sie den britischen Schauspieler Nick Moran, doch die beiden ließen sich 2000 wieder scheiden. 2002 heiratete sie Enzo Cilenti, mit dem sie heute in Los Angeles lebt.