Roselyn Sanchez protagonizó para la gran pantalla Papá por sorpresa junto a Dwayne "The Rock" Johnson, que se estrenó en el nº1 de la taquilla americana. Impresionó por primera vez al público como la agente del servicio secreto Isabella Molina en el taquillazo Hora punta 2, junto a Chris Tucker y Jackie Chan. Esta interpretación le valió una nominación a los Premios ALMA como mejor actriz de reparto.

De 2005 a 2009, Sanchez interpretó a la agente especial Elena Delgado en 88 episodios de la serie de éxito de la CBS "Sin rastro". Este papel le valió su primer Premio ALMA en 2008. Más recientemente, ha aparecido como estrella invitada en "Rizzoli & Isles" de la TNT y en "Royal Pains" de USA Network.

Sanchez compuso y protagonizó el musical Yellow, una obra de amor sobre una cantante/bailarina/actriz que deja Puerto Rico para buscar su fortuna en la ciudad de Nueva York. La película, co-protagonizada por D.B. Sweeney y Bill Duke, tardó ocho años en producirse y se estrenó en 2006.

Otros méritos fílmicos incluyen Boat Trip, junto a Cuba Gooding JR., Basic, con John Travolta, Samuel L. Jackson y Giovanni Ribisi; Chasing Papi, junto a Sofía Vergara; Nightstalker, con Danny Trejo y Bret Roberts; Underclassman, junto a Nick Cannon y Cheech Marin; y Ciudad sin ley (Edison), co-protgonizada por Justin Timberlake, Morgan Freeman, LL Cool J y Kevin Spacey.

Tras conquistar la gran pantalla, Sanchez decidió perseguir otro sueño. En 2003, sacó su álbum de debut "Borinqueña". Fue nominada al Premio Grammy Latino por mejor video musical por el single "Amor Amor", que también interpretó en la ceremonia de los Grammys Latinos en 2004.

Sanchez es socia y representante de PETA. Ha participado en la muy popular campaña "I'd Rather Go Naked Than Wear Fur" (Prefiero ir desnuda a llevar pieles). También es la primera embajadora hispana para la caridad infantil internacional de Operation Smile. Sanchez organizó el Triathlon por la Vida, cuyas ganancias se destinaron a la fundación puertorriqueña San Jorge Children's Foundation y La Casa Cuna de San Juan. El triathlon tuvo lugar el 7 de marzo de 2010 en Puerto Rico.

Sanchez y su marido Eric residen en Studio City con su hijo.