Nació en San Juan del Río, Querétaro, el 19 de junio de 1870, fue hija de un hacendado y quedó huérfana de madre desde muy pequeña. Parte de su formación académica la realizó en la Ciudad de México y, posteriormente, en el Colegio de Notre Dame de San Francisco, California, donde conoció a las hermanas Mercedes y Magdalena Madero, con quienes entabló una relación amistosa.

De acuerdo a sus biógrafos, fue en 1897 que inició su noviazgo con Francisco I. Madero y después de seis años de relación se casaron por lo civil en la Ciudad de México y un día después, el 27 de enero de 1903, por lo religioso en el Centro Histórico de la Ciudad de México. 

De manera oficial vivieron en San Pedro de las Colonias en Coahuila, lugar al que se le conoce como  “la cuna de la Revolución Mexicana”, ya que fue donde Madero inició su activismo político  junto con su esposa Sara.

Sara siempre participó en el movimiento político de su esposo incluso en los momentos más difíciles como cuando se fue a vivir a la cárcel de Monterrey donde tenían prisionero a Madero y desde ahí logró conseguir el dinero para pagar la fianza y liberarlo. 

Asimismo, participó en los movimientos obreros y realizó homenajes a las víctimas del régimen de Porfirio Díaz. Además, fue la lideresa del Club Caridad y Progreso, y fundó Cruz Blanca Neutral por la Humanidad.

Se le reconoce como fundadora de instituciones de beneficencia y férrea defensora de la causa antirreeleccionista.

En febrero de 1913, Victoriano Huerta impulsó un golpe de Estado contra Francisco I. Madero, y tras la presidencia interina de 45 minutos de Pedro Lascuráin, Huerta asumió el poder de México e inició una dictadura militar. Ante los riesgos, amigos y familiares ayudaron a Sara Pérez Romero a exiliarse en Cuba y Estados Unidos hasta 1921.

Cuando regresó de su autoexilio, Sara vivió en su casa de la calle de Zacatecas en la colonia Roma hasta su muerte. Falleció el 31 de julio de 1952 y fue sepultada en el Panteón Francés de la Ciudad de México. Conocidos de ella aseguran  que hasta el final de su vida vistió ropa de luto por su esposo.