Lucia Sanchez s'est fait connaître du grand public grâce au court métrage de François Ozon, Une robe d'été, où elle incarne une Andalouse charmante et déjantée. Elle joue également dans le premier long métrage du cinéaste, Sitcom, sélectionné à la Semaine de la critique.

Elle interprète un des rôles principaux du long métrage Les Solitaires de Jean-Paul Civeyrac primé au festival de Belfort. Elle a également travaillé avec Delphine Gleize dans le court métrage Un château en Espagne pour lequel elle obtient le Lutin de la meilleure actrice et le prix d'interprétation au festival de Mons, avant de poursuivre leur collaboration dans Carnages, sélectionné à Un certain regard. On l'a vu aussi dans des films de Gilles Marchand, Alain Guiraudie ou dans La Reine des pommes de Valérie Donzelli.

Elle joue un des rôles principaux de Cache-Cache d'Yves Caumon, présenté au festival de Cannes dans le cadre de la Quinzaine des réalisateurs, ainsi que dans la série Kaboul Kitchen sur Canal Plus.

Au théâtre, elle joue avec Renaud Cojo, Michel Didym, Christophe Guichet, Laurence de la Fuente, et travaille particulièrement sur des auteurs contemporains.

Outre son activité de comédienne, Lucia Sanchez est également réalisatrice. Elle porte un regard décalé et ironique dans des fictions courtes, séries web, et aussi dans des documentaires sur des sujets de société qui lui tiennent à cœur. Ses films ont été sélectionnés et primés dans plusieurs festivals (Créteil, Idfa, Fipa, Lussas, Belfort, Bucarest) et sont fréquemment diffusés à la télévision (Arte, France 2, France 3, Ciné-cinémas…).