Sarah Willis wurde in Maryland, USA, geboren. Die Arbeit ihres Vaters als Auslandskorrespondent brachte ihre Familie in die ganze Welt. So lebte Sarah in den USA, Tokio und Moskau, ehe sie mit 13 Jahren nach England zog. Mit 14 Jahren begann sie Horn zu spielen, besuchte die Junior-Abteilung des Royal College of Music und studierte an der Guildhall School of Music and Drama bei Anthony Halstead und Jeff Bryant. Später studierte sie bei Fergus McWilliam in Berlin, wo sie 1991 unter Daniel Barenboim 2. Hornistin an der Berliner Staatsoper wurde. Während dieser Zeit spielte sie mit Top-Orchestern wie Chicago Symphony Orchestra, London Symphony Orchestra und dem Sydney Symphony Orchestra und trat weltweit als Solistin und Kammermusikerin auf.
Sarah Willis schloss sich 2001 den Berliner Philharmonikern an – als erstes weibliches Mitglied der Blechbläser. Neben ihrer Arbeit mit dem Orchester hat sie verschiedene CDs aufgenommen, darunter Brahms’ Horntrio und „Horn Discoveries“. Sie ist an vielen Bildungsprojekten der Berliner Philharmoniker beteiligt, gestaltet Familienkonzerte, interviewt Dirigenten und Solisten für die Digital Concert Hall. Die leidenschaftliche Musikerin nutzt digitale Technologien und soziale Medien, um das Publikum weltweit zu erreichen. Sie wurde als eine der ersten Testerinnen des Miniaturcomputers Google Glass ausgewählt und nutzte diese Erfahrung, um zu sehen, wie Hörer klassischer Musik damit erreicht werden können.
Sie führt die Online-Interviewserie „Horn Hangouts“ erfolgreich, betreibt die Sendung „Sarah’s Music“ für Deutsche Welle TV und ist regelmäßig als Interviewpartnerin verschiedener Sender sowie im Internet aktiv.