Yvonne Sanson nacque a Salonicco il 29 agosto del 1925 da madre greca e padre francese di origini russe. Nel 1943 la famiglia si rifugiò in Italia e lei, pur essendo cristiana ortodossa, completò gli studi in un istituto gestito da suore cattoliche. Quando Roma fu liberata lei stava lavorando come indossatrice per alcune sartorie.
La svolta nella carriera di Yvonne Sanson arrivò con il dramma popolare Catene (1949), diretto da Raffaello Matarazzo e interpretato assieme ad Amedeo Nazzari. Bistrattato dalla critica, il film ottenne un clamoroso quanto inaspettato successo di pubblico. Con il maggior incasso della stagione 1949-1950, la pellicola fece la fortuna della Titanus e rivitalizzò un filone cinematografico, il melodramma sentimentale (ribattezzato popolarmente strappalacrime), già molto amato in Italia ai tempi del cinema muto.
A partire dalla seconda metà degli anni cinquanta l'apprezzamento del pubblico nei confronti del filone strappalacrime, fino ad allora notevole, si affievolì in favore di altri generi cinematografici. Infatti L'ultima violenza (1957) e Malinconico autunno (1958), con lo storico partner Amedeo Nazzari, diretti entrambi da Matarazzo, registrarono scarsi riscontri. Questo filone scomparirà del tutto nei primi anni sessanta (per poi tornare in auge alla fine dello stesso decennio, ma con stilemi, tematiche e protagonisti differenti). Passati di moda gli strappalacrime alla Matarazzo, di cui era stata l'attrice più rappresentativa, la carriera e la popolarità della Sanson vacillarono. Nel 1958 tornò in Grecia per interpretare il film Μια ζωή την έχουμε (Mia zoì tin èhume, traducibile come "Si vive una volta sola"), un melodramma sulla falsariga di quelli da lei girati con Matarazzo e Nazzari. Il film, diretto dal regista Yorgos Tzavellas e mai uscito in Italia, risultò essere il suo ultimo ruolo da protagonista.
Negli anni sessanta, dopo la morte del marito, subì lunghe vicissitudini con il fisco italiano che la portarono al crac finanziario. La sua villa sull'Appia antica fu pignorata e messa all'asta con tutti gli arredi, mentre lei dovette lavorare come traduttrice presso l'ambasciata greca a Roma.
Dopo aver partecipato allo sceneggiato televisivo Le avventure del barone Von Trenck, co-prodotto dalla Rai e l'ORF (TV di stato dell'Austria) nel 1972, e una parte minore in un film di scarso rilievo, il thriller erotico A.A.A. Massaggiatrice bella presenza offresi... (1972) di Demofilo Fidani, con protagonisti Ettore Manni e Paola Senatore, la Sanson abbandonò definitivamente la recitazione. Proprio nello stesso periodo i suoi film strappalacrime degli anni cinquanta iniziarono a essere riscoperti e rivalutati dalla critica cinematografica, che conierà appositamente il termine neorealismo d'appendice per riferirsi a questa tipologia di pellicole.
Gli ultimi anni e la morte
Lapide di Yvonne Sanson nel cimitero nuovo di Pianoro
Negli ultimi anni Yvonne Sanson, che viveva modestamente e rifiutava le apparizioni pubbliche, si stabilì a Bologna, dove viveva da tempo la sua unica figlia Gianna, di professione architetto, e qui morì, a 77 anni, nella notte tra il 23 ed il 24 luglio 2003 per un aneurisma. È sepolta nel cimitero di Pianoro (BO).
Yvonne Sanson venne sempre doppiata per via del suo accento straniero, eccetto che ne Il cappotto e L'imperatore di Capri in cui la si sente recitare con la propria voce. Questo perché il regista Alberto Lattuada volle girare tutto - eccetto gli esterni - il film in presa diretta.
Dhia Cristiani in Catene, Tormento, L'inafferrabile 12, I figli di nessuno, Chi è senza peccato..., Menzogna, Torna!, Noi peccatori, Fate largo ai moschettieri!, Pane, amore e gelosia, La bella mugnaia, L'angelo bianco (nel ruolo di Luisa Fanti-Suor Addolorata), L'ultima violenza, Malinconico autunno, Colpo grosso alla napoletana
Lydia Simoneschi in Wanda, la peccatrice, Stella dell'India, La moglie è uguale per tutti, L'angelo bianco (nel ruolo di Lina Mercolin), Il prigioniero della montagna (alcune scene), Lo smemorato di Collegno, Il conformista
Tina Lattanzi in Il cavaliere misterioso, Il prigioniero della montagna (alcune scene), La diga sul Pacifico
Adriana De Roberto in Il prigioniero della montagna (alcune scene), I giorni dell'ira, Don Franco e don Ciccio nell'anno della contestazione