سحر دولتشاهی در 16 مهر 1358 در تهران به دنیا آمد. او از کودکی دارای کارت مربیگری و نجات غریق بود و در بسیاری از مسابقات مادرش را همراهی می کرد. او ابتدا در رشته مهندسی شیمی تحصیل می کرد اما از این رشته انصراف داد. خانواده وی از نوادگان قاجار دولتشاهی هستند.
ازدواج سحر دولتشاهی با رامبد جوان بازیگر و کارگردان تلویزیون و سینما در ششم اسفند ماه سال 1386 انجام شد و در واقع سحر دولتشاهی همسر دوم رامبد جوان بود. آشنایی این زوج هنری از تئاتر شکل گرفت، به گفته دولتشاهی آنها دوستان مشترک زیادی داشتند و از دور همدیگر را می شناختند و در نهایت آشنایی آنها به ازدواج ختم شد. البته این ازدواج دوام نیاورد و در سال 2013 طلاق آنها در سکوت خبری رخ داد.
از سال 1395 شایعه ازدواج سحر دولتشاهی و همایون شجریان در رسانه ها مطرح شد اما این دو نسبت به این خبر واکنشی نشان ندادند و موضوع پس از مدتی به فراموشی سپرده شد.
سرانجام با تداوم حضور این زوج در رویدادهای مختلف هنری خارج از کشور، مهر تاییدی بر ازدواج آنها زده شد و اکنون با هم زندگی می کنند.
سحر دولت شاهی یک خواهر به نام نسیم و یک برادر به نام روزبه دارد.