Алессандра родилась в маленьком городке Эрешин на юге Бразилии. Она наполовину полька, наполовину итальянка.

Желание стать фотомоделью появилось у Алессандры в восьмилетнем возрасте. Первые шаги в модельной карьере Алессандра начала в 12 лет, когда она поступила на модельные курсы. В 15 лет она одержала победу в национальном конкурсе Elite Model Look, после которой получила контракт.

Её первой крупной работой стали съёмки для журнала ELLE, лицо Алессандры появилось на обложке.

Алессандра сразу была замечена и дальше, в её карьере, появились работы с крупнейшими мировыми бренд-компаниями, включающими такие имена, как Ревлон (англ. Revlon), Rolex, Giorgio Armani, Calvin Klein и Ralph Lauren, а также известный во всем мире Pirelli calendar.

Алессандра появлялась на обложках самых известных журналов моды, включая Vogue, Harper's Bazaar, Marie Claire, ELLE. Она работала с такими ведущими дизайнерами как Laura Biagiotti, Christian Lacroix, Byblos, Fendi, Issey Miyake, Kenzo, Christian Dior, Nicole Miller, Ralph Lauren, Giorgio Armani, Vivienne Westwood, Oscar de la Renta и многими другими.

Более всего Алессандра ассоциируется с американской линией женского белья Victoria’s Secret. Впервые она приняла участие в шоу-показе Victoria’s Secret в 2001 году, начав своё многолетнее сотрудничество с компанией. В 2004 году она стала «лицом» новой линии белья Pink от Victoria’s Secret. Сейчас она является одной из «ангелов» Victoria’s Secret.

В 2006 году Алессандра сыграла эпизодическую роль теннисистки в фильме о Джеймсе Бонде «Казино Рояль».

13 августа 2012 года Амбросио приняла участие в церемонии закрытия XXX Летних олимпийских игр в Лондоне. Модель вместе со звёздами эстрады и спорта представляла принимающую страну следующей XXXI Летней олимпиады — Бразилию.

Алессандра выпускает собственную линию купальников, носящую её имя (Alessandra Ambrosio by Sais).

Алессандра обожает пляж, а особенно слушать там бразильскую музыку. Её любимое место на земле — собственный маленький домик на побережье, и даже многочисленные путешествия по всему миру не смогли изменить её мнение.