Sandra Madonna meraih gelar Sarjana Sains dari Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Andalas Padang. Dengan Judul Skripsi “Pengaruh Pati Sagu Metroxylon sp. terhadap Produksi Enzim Amylolitik oleh Bacillus megaterium.” Selama menyelesaikan studinya Sandra mendapatkan Beasiswa Pendidikan dari Yayasan “SUPERSEMAR”. Sandra lulus dengan peringkat terbaik di angkatannya pada Februari 1998.

Sandra mulai merintis karirnya dibidang akademisi sejak tahun 1996 sebagai asisten dosen di almamaternya, dengan mata kuliah yang diampu yaitu Mikrobiologi, Biokimia dan Fisiologi Hewan. Setelah menamati pendidikannya kemudian Sandra berkerja pada Kelompok Bioteknologi, Kelompok Program Riset dan Teknologi Proses PPPTMGB “LEMIGAS” Jakarta sebagai Asisten Peneliti dengan kegiatan penelitian-penelitian Bioproses di Industri Migas seperti Proses Biodegradasi, Bioremediasi, Biogas, Microbial Enhance Oil Recovery (MEOR) dan beberapa penelitian Bioteknologi. Sementara itu Sandra pun mendapatkan kesempatan untuk melanjutkan studinya di Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Bandung dan memperoleh gelar Magister Teknik pada tahun 2003 dengan judul thesis “Pengaruh Bulking Agent Pada Proses Bioremediasi Tanah Tercemar Hidrokarbon Minyak Bumi Menggunakan Teknik Biopile.” Selama menyelesaikan studi magisternya Sandra mendapatkan Beasiswa Penelitian dari perusahan TOTALFINAELF E&P INDONESIE dan berkesempatan untuk mengikuti Practical Work Training TOTALFINAELF E&P INDONESIE di Balikpapan, Kalimantan Timur.