New Yorkban született 1949-ben. Apja az NBC tévétársaság igazgatója, anyja angol származású színésznő volt. A Sigourney nevet az eredeti Susan Alexandra helyett tizennégy éves korában vette fel, Scott Fitzgerald A nagy Gatsby című novellájának egyik mellékszereplője után. 1972-ben diplomázott az elit Stanford Egyetemen, majd a nem kevésbé patinás Yale drámatagozatán tanult tovább. Először a színpadon próbálkozott, majd 1977-ben Woody Allen Annie Hall című vígjátékában tűnt fel – hat másodpercre. A világhír két évvel később kapta szárnyára, amikor a kőkemény Ellen Ripley űrhajósnőt formálta meg a Nyolcadik utas: a Halál című, azóta klasszikussá vált sci-fiben, alakításáért Oscar-díjra is jelölték. A borzongatásban új utakat nyitó filmnek három folytatása készült, Ripleyt a harmadik rész végén meg is halasztották, de „feltámadt” (ekkori gázsija már meghaladta az első Alien-film teljes költségvetését).

Még kétszer jelölték Oscarra, mégpedig 1989-ben a legjobb főszereplő (Gorillák a ködben) és a legjobb mellékszereplő (Dolgozó lány) kategóriában is, de a gáláról üres kézzel távozott, fájdalomdíjként a Golden Globe-díjat mindkét szerepért hazavihette. A következő években olyan sztárok mellett játszott, mint Mel Gibson, William Hurt és Bill Murray, utóbbival a Szellemirtók című, könnyed hangvételű szörnyfilm-bohózatban komédiázott. Olyan hangos sikerekben játszott, mint a Dave, A Halál és a lányka, A paradicsom meghódítása, Tökéletes másolat. Többször választották a legszexisebb filmsztárok közé, 2003-ban huszadik lett egy „minden idők legnagyobb mozisztárja” szavazáson, a legjobb húsz közé rajta kívül a gyengébb nem képviselői közül csak Audrey Hepburn került be. 2009-ben ismét James Cameronnal dolgozott a 3D technikával készült Avatarban, amely sokáig vezette a minden idők legtöbb bevételét hozó mozifilmek sikerlistáját, ám tíz évvel később, 2019-ben végül a Bosszúállók: Végjáték, letaszította a trónról. Az Avatar folytatása várhatóan 2021-ben kerül a mozikba, amelyben Weaver feltámad, hiszen ahogy Cameron a mozival kapcsolatban nyilatkozta – „a tudományos fantasztikus filmekben sohasem hal meg senki”. A történet valóságos filmeposszá növekszik az előttünk álló években, hiszen három folytatása is készül: az Avatar 3 bemutatását 2023-ra, az Avatar 4-ét 2025-re, majd az 5., befejező részét 2027-re tervezik.

2012-ben televíziós munkát vállalt, egy külügyminiszterré kinevezett volt first ladyt alakított a Political Animals című hat részes sorozatban. 2016-ban elnyerte a San Sebastian-i filmfesztivál különdíját, a Donostia-díjat. Ugyanebben az évben játszott Juan Antonio Bayona Szólít a szörny című filmjében, amely a legfontosabb spanyol filmes díjkiosztón, a Goya-gálán 9 díjat nyert. Már forgatja a Szellemirtók 3. részét, és ismét magára ölti Dana Barrett szerepét. A filmet 2020-ban láthatják a sorozat rajongói.  

Magánéletét sikerrel különítette el a szakmától, így még az álomgyárban is nyugodt életet él. 1984-ben ment férjhez egy producerhez, lánya 1990-ben született. Sigourney Weaver aktív környezetvédő, és számos jótékonysági szervezet munkájában vesz részt. Az öregedéstől pályatársai nagy részével ellentétben nem fél, szerinte az évek gyarapodásával tanulja meg az ember értékelni azt, amije van. A száznyolcvan centiméteres termete ellenére is magas sarkú cipőben járó színésznő persze könnyen beszél, hiszen nem fog rajta az idő, ma is atletikus termetét a tornának, szépségét pedig, úgy véli, életörömének köszönheti.