경북 포항에서 1남 2녀 중 첫째로 태어났다.

학창 시절에는 멀리뛰기 선수를 했다. 중학교 동창인 가수 영지에 따르면, 송지효가 중학교 3학년 때 전학을 왔는데 전교생이 줄을 서서 구경했을 정도로 예뻤다고 한다. 학교에서 미모로 워낙 유명해, 한 학생은 대뜸 송지효의 어깨를 확 젖히며 “네가 그렇게 예뻐?”라고 했다고 한다.

고등학생 때부터 여러 연예계 관계자들로부터 캐스팅 제의를 받았으나 부모님의 반대로 거절하였고, 대학교 졸업반 시절 압구정 백화점 앞 조그마한 카페에서 아르바이트를 하다가 그만 둘 무렵, 다음 아르바이트생이 안 구해져 1주일만 더 일 해 달라고 해서 나갔다가 길거리 캐스팅되어 잡지 모델로 데뷔하게 되었다.

웬만한 연예인이라면 겪는 무명시절이나 별다른 사건사고 없이 20년 넘게 무난히 활동을 이어오고 있다.

2001년 패션 잡지 키키 모델로 데뷔, 2년간 두 편의 뮤직비디오에 출연하고, 배우 데뷔 전 TV 광고 10여편을 찍었을 정도로 이미 잘 나가는 CF 모델이었다.

2003년 영화 여고괴담 3 - 여우 계단의 주연을 맡으며 성공적으로 배우로 안착한다. 지금까지도 여고괴담 시리즈 중 최고 흥행작이다. 연기에 본격적으로 뛰어들게 된 계기는 박신양의 영화 약속을 보고 깊은 감명을 받아 나도 저런 연기를 해보고 싶다라는 마음을 갖게 된 것이었다고 한다.

2004년 스릴러 영화 썸에서 고수의 상대역인 여주인공 서유진 역을 맡았다.

2006년 MBC 드라마 궁에 출연하면서 인지도를 높였다. 런닝맨 출연 이전까진 많은 대중들이 궁의 민효린 역으로서 송지효를 기억하곤 했다. 또한 궁 방영 전 캐스팅이 공개되었을 때 배우들 중 가장 원작과 이미지 싱크로가 높은 인물로 꼽혔다. 다만 미모와는 별개로 연기력에 있어선 그다지 좋은 평가를 받지 못했었는데, 이 부분은 후속작에서 나아지는 모습을 보여줬다.

같은 해 MBC 사극 주몽에서 예소야 역을 맡았는데 당대 최고 인기 드라마에 주몽 부인 역할로 중간투입 되어 일부 시청자들의 우려를 샀고 출연 초반에 연기력 논란이 있었지만 점차 사극연기에 적응하며 괜찮은 연기력을 보여 논란을 완전히 불식시켰다.