Sonia si diploma in pianoforte al Conservatorio di Milano; si iscrive alla Scuola del Piccolo Teatro con Strehler, grazie al quale debutta nel 1990 nell' Arlecchino dei giovani. L' incontro più importante per la sua carriera avviene con Carmelo Bene che la spinge a far confluire le sue esperienze musicali verso la ricerca sulla vocalità. La Bergamasco infatti è anche una cantante professionista e del resto dichiara di non voler proseguire il suo lavoro di attrice senza abbandonare la sua attività come voce recitante o cantante. Continua infatti a lavorare anche in ambito concertistico insieme al Maestro Azio Corghi e nel 1997 incide il "Pierrot lunaire" di Schoenberg (ed. Arts). Nel 2005 incide il disco 'Recitarsonando' per voce e pianoforte. Diretta da Silvio Soldini debutta
nel cinema nel cortometraggio "D'Estate" contenuto in "Miracoli.Storie per corti" (1994). Ottiene il ruolo da protagonista nel 2000 in "Il Mnemonista" e in "L'amore probabilmente" dove lavora con Francesco Gifuni con il quale si sposa e con il quale lavora anche ne "La meglio gioventù" di Marco Tullio Giordana. Il film vince numerosi premi e viene accolto nel 2003 con una grande successo a Cannes, dove trionfa nella sezione "Un certain règard". Inoltre gli interi cast sia maschile che femminile ottengono il David di Donatello 2004. Lavora nel thriller "Voci" (2001) ed è protagonista di "L'amorfù" (2003) di Emanuela Piovano.
Nel 2005 è co-protagonista accanto a Alejandro Jodorowsky nella pellicola "Musikanten" di Franco Battiato ed è nel cast di "Giulia non esce la sera" con Valerio Mastandrea.