Alessandra Corine Ambrosio nasceu na cidade brasileira de Erichim, no Rio Grande do Sul, para os pais proprietários de postos de gasolina de ascendência italiana, polonesa e portuguesa. Ela fez aulas de modelagem local aos 12 anos de idade e participou da lendária competição 'Elite Model Look' do Brasil dois anos depois, em 1996, onde ela ficou entre as 20 finalistas. Na idade de 15 anos, ela estreou em modelagem para Dilson Stein, que é creditado por descobrir modelos top Gisele Bündchen e Caroline Trentini. Seu trabalho de modelo tomou o caminho certo quando ela apareceu na capa da revista brasileira Elle. Posteriormente, ela foi assinada pela Guess para a Campanha do Milênio do Outono de 2000. Ela foi contratada pela marca de lingerie americana 'Victoria's Secret' em 2000 e fez sua aparição em seu desfile de moda. Em 2004, ela lançou sua própria linha de moda praia, Alessandra Ambrosio by Sais, como uma divisão da Rosa Cha, e foi bem recebida com 10 mil unidades sendo vendidas em seu primeiro mês. Ela modelou no The Victoria Secret Fashion Show (2005), vestida em lingerie feita completamente de doces. Em 2009, ela apareceu na capa da edição de Marie Claire em julho, junto com Sacha Baron Cohen para promover seu filme Brüno (2009).
Ela apareceu em uma campanha publicitária com o modelo americano-ator Ashton Kutcher para a empresa brasileira de roupas esportivas, Colcci, para sua coleção Primavera / Verão 2012, tornando-se assim a nova cara da marca.Ela apresentou sua própria marca de moda e estilo de vida, Ale by Alessandra, em parceria com a varejista americana Cherokee, oferecendo uma gama de roupas formais para mulheres de 18 a 25 anos.Ela é a embaixadora da National Multiple Sclerosis Society, envolvida em oferecer ajuda aos necessitados, através de anúncios públicos e usando seu nome e imagem.Ela tem sido o rosto de várias grandes marcas, incluindo a Christian Dior, a Rolex, a Armani Exchange, a Revlon, a Ralph Lauren, a Calvin Klein, a Giorgio Armani, a Escada, a Moschino, a Dolce & Gabbana, a Fendi e a Next. Ela caminhou por vários designers de alto perfil, como Prada, Louis Vuitton, Chanel, Oscar de la Renta, Marc Jacobs, Kenzo, Vivienne Westwood e Giles Deacon. Em 2006, ela fez sua estréia na telinha com o filme de sucesso de James Bond, Casino Royale (2006), ensaiando o papel de um tenista.
Ela fez aparições especiais na televisão em Entourage (2004), Late Night com Conan O'Brien (1993), e The Late Late Show com Craig Kilborn (1999), além de ser um juiz convidado no The Tyra Banks Show (2005). ) e Project Runway (2004).Ela atuou em 2007 no episódio de The Yips (2007) da série dramática How I Met Your Mother (2005), junto com seus companheiros Victoria's Secret Angels - Miranda Kerr, Adriana Lima, Marisa Miller, Heidi Klum e Selita Ebanks. Ela apareceu como modelo de capa em várias revistas de moda, como Vogue, Harper's Bazaar, Ocean Drive, Lui, Wiener, Self, GQ, Elle, Cosmopolitan, Flair, Vanity Fair, Russh, Marie Claire, Numero e Grazia.Essa gata brasileira apareceu em vários editoriais de alto nível, como Ocean Drive, Vogue, Glamour, Love, W, Lui France, V, Harper's Bazaar, S Moda para El Pais e Interview.Trabalhou com várias agências de modelos internacionais, como a DNA Models (Nova York), a Way Model Management (São Paulo), a Viva Model Management (Paris e Londres) e a Priscilla's Model Management (Sydney).Ela tem sido anfitriã de shows de prêmios, como o MTV Music Awards e o Fashion Rocks.