Sonia Bergamasco è nata a Milano dove si è diplomata in pianoforte al Conservatorio Giuseppe Verdi e in recitazione alla Scuola del Piccolo Teatro diretta da Giorgio Strehler e, con lo stesso regista, ha debuttato in Arlecchino servitore di due padroni. Ha poi lavorato con Massimo Castri, Glauco Mauri, Theodoros Terzopoulos. È stata la Fatina dell'edizione teatrale e televisiva di Pinocchio, diretto e interpretato da Carmelo Bene.
Interprete e regista di Giorni in bianco, monologo tratto dal racconto Il trentesimo anno di Ingeborg Bachmann, debutta come autrice nello spettacolo-concerto Orfeo bambino. Ha realizzato, per l’edizione 2007 del Festival Internazionale di Letteratura per Ragazzi, lo spettacolo La voce viene da molto lontano, da un racconto di Antonio Skàrmeta. Nel 2008 ha diretto e interpretato Croce e delizia, recital-concerto che la vede anche interprete delle musiche al pianoforte.
Nel 2009 concepisce due nuove creazioni per il teatro, il Concerto della fine del mondo, manifesto per un anticanzoniere, spettacolo-concerto di cui cura anche la drammaturgia poetica e musicale, e Esse di Salomè, teatro sonoro da Mallarmé, in collaborazione con Tempo Reale di Firenze.
Nel cinema, dopo il cortometraggio D'estate di Silvio Soldini, è protagonista del film L'amore probabilmente di Giuseppe Bertolucci e fra gli interpreti della Meglio gioventù, di Marco Tullio Giordana (Nastro d’argento 2004 come attrice protagonista). Con la regia di Liliana Cavani in De Gasperi riceve il Premio Flaiano 2005, come miglior interprete e della stessa regista è nel 2007 tra i protagonisti del film Einstein. Diretta da Franco Battiato nei film Musikanten e Niente è come sembra, lavora anche con Giacomo Campiotti, Giuseppe Piccioni e Riccardo Milani.
Si dedica al repertorio per voce recitante-cantante che va dal melologo romantico da concerto al repertorio per ensemble e orchestra novecentesco e contemporaneo. È Pia de Tolomei nell'opera da camera ¿Pia? di Azio Corghi (Settimane Musicali di Siena).
Nel 2006 è Donna Elvira nella prima mondiale dell'opera Il Dissoluto assolto di Azio Corghi, su libretto di José Saramago (Teatro San Carlo di Lisbona e Teatro alla Scala di Milano). È poi interprete dell'opera per bambini Le due Regine, di Azio Corghi (incisione Ricordi). È Belisa nel Don Perlimplin di Bruno Maderna per la Biennale di Venezia. Interpreta Poudre d'Ophélia di Azio Corghi per il Teatro Lirico di Cagliari. Con Fabrizio Gifuni scrive e interpreta lo spettacolo musicale I kiss your hands, catalogo semiserio delle lettere mozartiane.
Nel 1999 ha inciso il Pierrot lunaire di Schönberg (ed. ARTS) e nel 2005 il cd Recitarsonando, antologia di melologhi per voce e pianoforte, in duo con il pianista Vsevolod Dvorkin (RaiTrade). Collabora stabilmente con il pianista Emanuele Arciuli.