Desde muy pequeña María Antonia destacó por su belleza y sus dotes artísticas. Sus inicios se pueden remontar a los trece años de edad cuando sorprendió a todos cantando una saeta durante una procesión de Semana Santa en Orihuela, y con la aprobación paterna fue llevada a Valencia por la familia Ezcurra a fin de mejorar su formación; si bien cursó estudios muy básicos. En 1942 representó a Valencia en un concurso de jóvenes talentos en el Parque del Retiro de Madrid, presentado por el popular locutor Bobby Deglané. Aunque la incipiente artista resbaló y se cayó en el escenario, consiguió cantar con acierto «La morena de mi copla» (un éxito de Imperio Argentina) y ganó el primer premio, que consistía en una paga de 1.000 pesetas mensuales durante un año, cifra entonces importante. Con este dinero, la futura Sara Montiel se instaló en Madrid e inició estudios de declamación.
En 1944, gracias a unas fotos sugerentes tomadas por Gyenes, llamó la atención de Vicente Casanova, un influyente productor de cine y agente de publicidad, uno de los dueños de la compañía cinematográfica Cifesa. Pero fue el fotógrafo Gyenes y no Vicente Casanova quien la presentó al director Ladislao Vajda, húngaro como él; así es como ella tuvo su primera aparición en el cine a los 16 años de edad en Te quiero para mí (1944), donde apareció como actriz secundaria con el nombre artístico de María Alejandra. Sería a partir de la película Empezó en boda cuando usaría el nombre artístico de Sara Montiel, sugerido por el actor y humorista Enrique Herreros. Aunque tardó muchos años en auparse como diva musical, ya algunos filmes tempranos (como Mariona Rebull) incluyen canciones suyas.
Después de interpretar pequeños papeles como en la película Bambú (con Imperio Argentina) y la versión de 1947 de Don Quijote de La Mancha (que recibió un Premio de la Crítica en Nueva York), su primer papel de importancia fue como rival de Aurora Bautista en el exitoso melodrama histórico Locura de amor (1948), basado en la vida de la reina Juana la Loca y dirigido por Juan de Orduña.
A este trabajo la joven actriz sumó otros roles todavía secundarios en La mies es mucha, Pequeñeces y El capitán veneno (1950), comedia de Luis Marquina protagonizada por Fernando Fernán Gómez. Su belleza y talento permitirían a Sara Montiel lograr grandes éxitos años después, pero el cine español de entonces le quedaba pequeño pues la encasillaba en papeles de cara bonita, y siguiendo los consejos del dramaturgo Miguel Mihura encauzó su ambición hacia México y Estados Unidos. Su última película española de esta etapa fue una coproducción: Aquel hombre de Tánger (1950), con el veterano Nils Asther, galán del cine mudo que había trabajado con Greta Garbo, Joan Crawford y Barbara Stanwyck.