او که از پدری ایرانی و مادری ژاپنی زاده شده است، در حال مطالعه برای تکمیل تحصیلات خود در رشتهٔ «ایران‎شناسی» در مقطع کارشناسی ارشد بود که بازداشت شد. رکسانا نخستین بار به خاطر کار خبرنگاری بدون تمدید مجوز فعالیت خود از سوی بخش مطبوعات خارجه معاونت مطبوعاتی وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی در شعبهٔ دوم بازپرسی دادسرای انقلاب مورد پی گرد قضایی قرار گرفت و پس از آن نیز به جاسوسی برای امریکا متهم شد. این شعبه برای رکسانا صابری قرار بازداشت صادر کرد و وی پس از بازداشت، یک ماه را در زندان «اوین» به سر برد. 
او در تاریخ ۲۹ فروردین 1388، در یک دادگاه غیرعلنی به تحمل هشت سال زندان محکوم شد. اعلام این حکم با واکنش منفی باراک اوباما٬ رییس جمهوری وقت امریکا و «هیلاری کلینتون»، وزیر امور خارجه او مواجه شد. پس از اعلام حکم محکومیت برای رکسانا صابری، «بهمن قبادی»، کارگردان کُرد سینمای ایران با انتشار نامه ای، اعلام کرد رکسانا نامزد و دوست او است و از مسوولان ایران خواست تا وی را که بی گناه است، آزاد کنند. 
رکسانا صابری از تاریخ اول اردیبهشت سال 1388، در اعتراض به اتهامات غیر واقعی، اجبار او به اعترافات دروغ با فشار و تهدید و تطمیع و صدور حکم ناعادلانه زندان، دست به اعتصاب غذا زد که به مدت دو هفته ادامه داشت. او به دلیل وخامت وضع جسمی، در بیمارستان زندان اوین بستری شد. رکسانا در حالی به اعتصاب غذای خود پایان داد که در تاریخ ۱۴ اردیبهشت ماه سال 1388 از سوی سخن گوی قوه قضاییه اعلام شد پروندهٔ وی به شعبه ۱۴ دادگاه تجدید نظر ارسال شده است و یک هفتهٔ دیگر جلسهٔ دادگاه برای رسیدگی به آن تشکیل خواهد شد. 
۲۰ اردیبهشت همین سال، دادگاه تجدید نظر رکسانا صابری تشکیل شد و اتهام جاسوسی او به «جمع آوری اسناد و مدارک علیه نظام جمهوری اسلامی» تغییر یافت. این دادگاه حکم اولیهٔ هشت سال را به دو سال حبس تعلیقی تغییر داد که تا پنج سال تعلیق شده و در آن تصریح شده بود که وی امکان خروج از کشور را دارا است. رکسانا صابری در تاریخ ۲۱ اردیبهشت ۸۸ از زندان اوین آزاد شد. پس از آزادی او از زندان، یکی از وکلای رکسانا صابری به بخش فارسی بی بی سی فارسی گفت موکلش یک سند محرمانه دولتی را بدون مجوز لازم در اختیار داشته است. 
«محمد صالح نیکبخت» گفته بود رکسانا صابری اقرار کرده زمانی که به صورت پاره وقت در سایت انگلیسی زبان مجمع تشخیص مصلحت نظام کار می کرده، سندی را که طبقه بندی محرمانه داشته، بدون اجازه کپی کرده و نزد خود نگه داشته است. 
به گفته نیکبخت، این سند که بنا به تایید «مرکز تحقیقات استراتژیک» ریاست جمهوری، طبقه بندی محرمانه داشته، احتمالا گزارشی درباره حمله امریکا به عراق در سال ۲۰۰۳ بوده است.
وکیل رکسانا صابری گفت از آن جا که موکلش هرگز از این سند استفاده نکرده و سوء نیتی در برداشت آن نداشته، دادگاه تجدید نظر حکم اولیه او را تغییر داده است. 
رکسانا پس از آزادی از زندان، در تاریخ ۲۵ اردیبهشت 1388 به همراه پدر و مادرش تهران را به مقصد وین در کشور اتریش ترک کرد و پس از آن عازم ایالات متحده امریکا، کشور محل اقامتش شد.