Den 24 november 2007 upphöjde påve Benedikt XVI Sandri till kardinaldiakon med Santi Biagio e Carlo ai Catinari som titeldiakonia. Kardinal Sandri deltog i konklaven 2013, vilken valde Franciskus till ny påve. Sandri deltog i extraordinarie biskopssynoden om familjen i oktober 2014 och i ordinarie biskopssynoden om familjen i oktober 2015. Den 19 maj 2018 upphöjdes Sandris titeldiakonia till titelkyrka och han blev därmed kardinalpräst.