Ha sido modelo para marcas como Next, Armani Exchange, Christian Dior, Ralph Lauren, Versace, Louis Vuitton y Balmain.

[3]​ Como ángel, fue incluida por la revista People en su top "100 Personas Más Bellas del Mundo" anual en mayo de 2007.

[8]​ Su abuela paterna, Joana Eugênia Groch, fue una inmigrante de Polonia, quien llegó a Brasil en 1929.

[5]​ Ambrosio siempre se sentía insegura debido a sus largas orejas y con 11 años se enfrentó a una operación de cirugía estética para recolocarlas hacia atrás, aunque dos años después sufrió complicaciones.

Ha desfilado para diseñadores como Dolce & Gabbana, Dsquared2, Prada, Balmain, Chanel y Oscar de la Renta, ha aparecido en numerosas portadas de revistas internacionales, incluyendo Cosmopolitan, Elle, GQ, Harper's Bazaar, Marie Claire, Ocean Drive y Vogue y fue la única modelo en aparecer en la portada de la revista Glamour en los Estados Unidos en 2006.

Fue imagen de la compañía británica Next y protagonizó su primera campaña televisiva durante 12 años.

Ese mismo año apareció en la portada de la revista Elle Rusia en una edición especial.

Alessandra Ambrosio es la segunda modelo que más años trabajó con la marca, antecedida por la también brasileña Adriana Lima.

En el año 2012 Ambrosio fue escogida para portar el Floral Fantasy Bra & Gift Set, un sostén adornado con 5200 piedras preciosas entre las cuales había amatistas, zafiros, tsavoritas, rubíes y diamantes blancos, rosas y amarillos, el sostén fue valorado en 2,5 millones de dólares.

También sirvió de juez invitado en Project Runway Season 2: Team Lingerie y ha asistido dos veces a The Tyra Banks Show.

En 2006, tuvo un cameo en la exitosa película de taquilla Casino Royale junto con Daniel Craig, realizando una muy breve aparición.

Alessandra y el empresario Jamie Mazur fueron novios desde 2005 a 2018, cuando decidieron terminar su relación tras 13 años de noviazgo.

[13]​ Su hija mayor, Anja, ha seguido los pasos de su madre en cuanto al modelaje al haber sido portada del catálogo de London Fog junto a su madre, cuando solo tenía 5 meses, aunque Ambrosio ha indicado varias veces que prefiere que su hija estudie y se desempeñe en una profesión normal, al contrario que ella.