Дочь актрисы Филлиды Ло и актера Эрика Томпсона и старшая сестра кинозвезды Эммы Томпсон, Софи приобрела известность среди театральной публики после знаменитой постановки «Гамлета», осуществленной Дереком Джейкоби в 1988 году с Кеннетом Браной в главной роли (в том спектакле Томпсон играла Офелию). В конце 80-х – начале 90-х она часто играла шекспировские роли («Как вам это понравится», «Все хорошо, что хорошо кончается») на подмостках Королевской Шекспировской компании.
В середине 90-х Софи превращается в полноценную театральную звезду, удостоившись двух номинаций на премию Лоуренса Оливье – за роли в комедии Алана Эйкборна «Самые дикие мечты» в 1994 году (в Королевской Шекспировской компании) и в мюзикле Сондхайма «Труппа», поставленном Сэмом Мендесом в театре «Донмар» в 1996-м. В 1999 году Томпсон, наконец, получает заветную награду – за роль в другом мюзикле Сондхайма, «В лес».
С этого момента почти все театральные роли Софи удостаиваются самого благосклонного внимания критики: так, она заработала свои очередные номинации на премию Лоуренса Оливье за роли в пьесе Брюса Норриса «Клайберн Парк», поставленной Домиником Куком в «Ройал Корте» (2010); и в мюзикле «Парни и куколки» в театре в Чичестере в 2016 году. Среди известных фильмов и сериалов с участием Томпсон: «Эмма» (Emma, 1996), «Танцы во время Луназы» (Dancing at Lughnasa, 1998), «Госфорд Парк» (Gosford Park, 2001), «Комната с видом» (A Room with a View, 2007), «Ешь, молись, люби» (Eat Pray Love, 2010), «Гарри Поттер и Дары Смерти: Часть первая» (Harry Potter and the Deathly Hallows: Part 1, 2010) и «Улица Коронации» (Coronation Street, 1960-2013).
