Сандис Озолиньш начал свою профессиональную карьеру в 1990 году в чемпионате СССР в составе рижского «Динамо». В том же году на драфте НХЛ он был выбран во 2 раунде под общим 30 номером клубом «Сан-Хосе Шаркс».

В сезоне 1992/93 дебютировал в составе «Шаркс», в котором провел 37 игр и заработал 23 очка. Он пропустил большую часть сезона, восстанавливаясь после травмы колена, полученной 30 декабря 1992 года в матче против «Филадельфии».

Сезон 1993/94 Озолиньш закончил с 64 очками в 81 проведенном матче. Это был третий показатель в команде и первый в лиге по количеству заброшенных шайб защитником. Этот результат впоследствии станет вторым в его карьере. В том сезоне Озолиньш помог своей команде, которая проводила лишь третий сезон в лиге, впервые в истории выйти в плей-офф НХЛ. Этот результат был повторен и в следующем, укороченном по причине локаута сезоне. В обоих случаях «Сан-Хосе» вылетал на стадии полуфинала конференции.

26 октября 1995 года Озолиньш был обменян в «Колорадо».  В «Колорадо» тех лет собралось уникальное сочетание звездных хоккеистов (Руа, Форсберг, Сакик, Каменский, Гусаров, Клод Лемье), и полноправным членом этого созвездия был Озолиньш, превратившийся в одного из топовых защитников лиги.

В том сезоне в 66 матчах он набрал 50 очков, многие из которых были заработаны в большинстве. В следующем сезоне Озолиньш вместе с командой стал обладателем Кубка Стэнли.

В сезоне 1996/97 «Колорадо» стал обладателем Президентского Кубка. Тот сезон стал для него лучшим по набранным очкам (68), включая 13 шайб и 29 передач в большинстве. Это позволило ему занять вторую строчку в списке самых результативных защитников НХЛ.

Следующие 3 сезона не были такими успешными для команды, хотя сам Озолиньш продолжал выступать на очень высоком уровне, набирая в среднем по 0.7 очка за игру, и заняв 41 место в списке 50 лучших хоккеистов НХЛ по версии журнала «The Hockey Times» в 1998 году. 6 декабря 1999 года в матче против «Ванкувер Кэнакс» он сделал свой первый хет-трик в карьере. Сезон 1999/00 стал дня него последним в «Эвеланш».

24 июня 2000 года Озолиньш был обменян в «Каролину», а спустя месяц подписал с «ураганами» 5-летний контракт на сумму более 25 млн $.

Тем не менее, «Каролина» вместе с Озолиньшем не смогла выйти в плей-офф, в то время как сам хоккеист продолжал радовать болельщиков своей результативностью. 4 марта 2001 года в матче против «Чикаго» он сделал второй в своей карьере хет-трик, к которому прибавил еще одну голевую передачу. Всего в «Харрикейнз» Сандис отыграл полтора сезона, прежде чем быть обменяным во «Флориду».

16 января 2002 года Озолиньш был обменян во «Флориду». В тот же день в матче против «Чикаго» он дебютировал в составе «пантер». В новом клубе ему пришлось отказаться от привычного ему номера 8, так как он уже был занят, и взять себе номер  44. В 37 играх за клуб Озолиньш набрал 29 (10+19) очков. Тем не менее, это не помогло «Флориде» попасть в стадию плей-офф.

В следующем сезоне он отыграл в составе «пантер» еще 51 матч, прежде чем он был обменян в «Анахайм».

30 января 2003 года Озолиньш стал игроком «уток». В новом клубе он вновь взял себе 8 номер. Его обмен произошел как раз во время проведения во Флориде матча всех звезд.

Как только Озолиньш перешел в состав «Дакс», он стал основным защитником клуба. Своими удачными действиями он помог команде впервые в своей истории выйти в финал Кубка Стэнли, в котором она в напряженнейшей 7-матчевой серии уступила «Нью-Джерси».

Сезон 2003/04 оказался для команды не таким успешным. «Анахайм» даже не смог пробиться в плей-офф. Сам Озолиньш весь сезон боролся с травмами и провел лишь 36 матчей.

После локаутного сезона Озолиньш провел в составе «уток» еще 17 матчей, после чего 9 марта 2006 года в так называемый «дедлайн» был обменян в «Нью-Йорк Рэйнджерс». В новой команде Озолиньш получил номер 24. В 19 оставшихся играх сезона он набрал 14 очков, тем самым внеся значительный вклад в выход своей команды в плей-офф, куда «Рэйнджерс» не попадали с 1997 года.

18 декабря 2006 года, после поражения со счетом 1:6 от «Нью-Джерси», Озолиньш был выставлен клубом на драфт отказов, после чего был командирован в клуб АХЛ «Хартфорд Вулф Пэк». Однако, некоторое время спустя он был помещен в список травмированных по причине серьезной травмы колена.

2 декабря 2007 года Озолиньш подписал однолетний контракт с «акулами».

В сезоне 2007/08 Озолиньш провел 39 матчей, в которых отметился 3 заброшенными шайбами и 13 результативными передачами.

В сезоне 2008/09 Сандис Озолиньш берет паузу длинною в год..

13 июля 2009 года Озолиньш заключил однолетнее соглашение с родным рижским «Динамо», в котором он в 1990 году начал свою карьеру. В Риге Сандис сразу же стал капитаном, впервые в своей долгой карьере. В клубе ему вернули его 8 номер, под которым он выступал 19 лет назад.

В сезоне 2009/10 Озолиньш  в 43 играх набрал 25 (5+20) очков.

18 мая Озолиньш продлил свой контракт с «Динамо» еще на один год. Пропустив более месяца из-за травмы, Озолиньш сыграл в регулярном сезоне 41 игру, набрав 32 (6+26) очка, что позволило ему подняться на 5-ю строчку в списке лучших защитников лиги. Рижское «Динамо» вышло в плейофф и сумело пройти во второй раунд, обыграв в серии до 4-х побед московских одноклубников. В 6 встречах Озолиньш сумел набрать 7 (0+7) очков, став самым результативным защитником клуба. 19 апреля 2011 года Озолиньш заключил новое однолетнее соглашение с рижанами.

В регулярном чемпионате КХЛ сезоне-2010/11 латышский хоккеист провел 50 матчей и набрал 20 (10+10) очков.

 В плей-офф Кубка Гагарина-2011 в активе Озолиньша 7 матчей – 1 заброшенная шайба и 1 результативная передача.

В сборной Озолиньш дебютировал в 1991 году, приняв участие в чемпионате мира среди молодежи, где он вместе с командой стал серебряным призером, уступив в финальном матче сборной Канады. В 1992 году, после развала СССР, он выступал уже за сборную СНГ, вместе с которой стал чемпионом мира среди молодежных команд.

До 1998 года Озолиньш не принимал участия в международных турнирах, во многом по причине травм и участия в плей-офф НХЛ. В том году Озолиньш вместе с «Колорадо» вылетел уже в первом раунде плей-офф после поражения в 7-м матче от «Эдмонтон Ойлерз», поэтому он принял решение отправиться в Швейцарию, чтобы дебютировать в составе сборной Латвии на высшем уровне. Тот чемпионат мира стал лишь вторым для Латвии с 1991 года, когда она получила независимость. На том турнире Озолиньш провел 4 игры, в которых отметился 1 шайбой и 2 результативными передачами.

В следующий раз Озолиньш выступил за латвийскую сборную на чемпионате мира 2001 года. Это стало возможным по причине вылета «Каролины» в четвертьфинале Кубка Стэнли. На том турнире сборная Латвии финишировала лишь на 13-м месте.

В 2002 году принимал участие в чемпионате мира, а также он провел одну игру на Олимпийских играх 2002 года. В том матче, который латвийцы проводили против сборной Словакии, Озолиньш отметился 4 голевыми передачами и помог своей сборной свести игру к результативной ничьей со счетом 6:6.

Спустя 3 года помог Латвии квалифицироваться на Олимпийские игры 2006 года. После тех игр он объявил о завершении своей карьеры в сборной.

Обладатель Кубка Стэнли 1996 года в составе «Колорадо Эвеланш».

Финалист Кубка Стэнли 2003 года в составе «Анахайм Майти Дакс».

Участник матча «Всех звезд» НХЛ (7): 1994, 1997, 1998, 2000, 2001, 2002, 2003.

Участник матча «Всех звезд» КХЛ (3): 2010, 2011, 2012.

Обладатель Президентского Кубка 1997 года.

Обладатель Золотого шлема 2011 года.

Обладатель Приза Кларенса Кэмпбелла (2): 1996, 2003.

Член первой символической сборной НХЛ сезона 1996/97.

Обладатель Кубка Тернера 1992 года в составе «Канзас-Сити Блэйдз».

Финалист Кубка Шпенглера (2011)

Чемпион мира среди молодежи 1992 года.

Серебряный призер чемпионата мира среди молодежи 1991 года.