Su padre falleció cuando ella tenía 8 años y su madre se vio obligada a criar sola a Sonia y a sus otros seis hermanos. Interesada por el mundo interpretativo y convertida en toda una belleza latina, a los 17 años debutó como actriz en Brasil, participando un montaje teatral de la obra "Jorge Dandin". Su labor en los escenarios prosiguió con una versión de la obra musical "Hair".
Su primera colaboración cinematográfica fue con un pequeño papel en la película "O Bandido da Luz Vermelha" (1969), mientras que en 1970 protagonizó el film "A Moreninha". Este trabajo lo enlazó con varios culebrones como "Irmãos Coragem" o "Selva de Pedra". En 1972 participó en la versión brasileña de "Barrio Sésamo" titulada "Vila Sésamo".
Aunque su primer triunfo importante le llegó con la telenovela "Gabriela", basada en la novela de Jorge Amado y estrena en 1975. En esta cuidada producción encarnaba a Gabriela, una cocinera de un bar brasileño en los tiempos conflictivos de 1925, la cual se convierte en objeto de deseo de sus clientes.
Al año siguiente fue la protagonista de la película erótica "Doña Flor y sus maridos" de Bruno Barreto, basada también en una novela de Jorge Amado. Dio vida a Flor, una mujer que mantenía relaciones amorosas tanto con su segundo esposo, como con el espíritu de su primer y difunto marido. Este trabajo la terminó de consagrar como sex symbol, además de abrirle las puertas a nivel internacional.
A finales de los años 70 intervino en otras telenovelas como "Espelho Mágico" o "Dancin' Days". En 1983 volvió a encarnar a Gabriela en una versión cinematográfica dirigida por Bruno Barreto, donde tuvo a Marcello Mastroianni como compañero de reparto.
Dos años más tarde dio el salto a Hollywood con la exitosa "El beso de la mujer araña" de Hector Babenco, un drama carcelario junto a William Hurt y Raúl Julia. En 1988 se vinculó sentimentalmente con Robert Redford, quien la dirigió en la comedia coral "Un lugar llamado Milagro". Ese mismo año también estrenó la comedia política "Presidente por accidente", secundando a Richard Dreyffus, Raúl Julia y Fernando Rey.
En 1990 acompañó a Clint Eastwood, Charlie Sheen y Raúl Julia en "El principiante", film policiaco dirigido por el propio Eastwood. Durante los 90 trabajó asiduamente en la televisión americana con telefilms y miniseries: En 1994 actuó por última vez junto a su amigo Raúl Julia (que falleció ese mismo año) en "Estación ardiente" de John Frankenheimer. Otros de sus trabajos televisivos fueron el western "Streets of Laredo" (1995) y "Moisés" (1996), esta última protagonizada por Ben Kingsley y donde ella encarnó a Zephora.
En 1996 regresó al cine brasileño con la comedia "Tieta de Agreste" (de la que también fue productora), se trató de otra adaptación de una novela de Jorge Amado en la que aún desbordaba sensualidad. Tras este trabajo volvió a Estados Unidos y en 1998 rodó la miniserie "Four Corners".
En el siglo XXI ha seguido vinculada a la televisión americana con la serie de dos temporadas "American Family" (2002-2004), así como en papeles de actriz invitada en "Sexo en Nueva York" (interpretando a María, una novia ocasional de Samantha Jones (Kim Cattrall) en sus devaneos con la bisexualidad), "Ley y orden", "CSI: Miami", "Alias" y "Entre fantasmas". También la hemos visto como secundaria en "Abierto a hasta el amanecer 3: La hija de Hangman" (2000), "Mirada de ángel" (2001) y "Empire" (2002).
En 2005 estrenó las películas "Marilyn Hotchkiss' Ballroom Dancing and Charm School", "Sea of Dreams" y "Che Guevara". Para 2006 tiene pendiente de estreno el thriller "Bordertown", secundando a Antonio Banderas y Jennifer Lopez. En 2007 estrenará el largometraje "The Hottest State", el segundo film como director del actor Ethan Hawke. Es tía de la también actriz Alice Braga.