Sophia comenzó actuando en el año 2002 haciendo de Sally en la película Van Wilder, en la cual no destacó.

Continuó actuando en series y películas en las que no tuvo protagonismo y, finalmente, en el año 2003 saltó a la fama con la famosa serie de televisión One Tree Hill, en la que interpreta a Brooke Davis, una atractiva y simpática chica dispuesta a hacer cualquier cosa para conseguir lo que quiere. Actualmente se está filmando la novena temporada que contará con 13 capítulos.

Ha trabajado en The Hitcher, película que protagoniza junto a Sean Beany en la película Stay Alive al lado del famoso actor y protagonista de Malcolm, Frankie Muñiz. También participó en Todas contra él haciendo de una joven vegetariana con el nombre Beth junto a su amiga Brittany Snow(Kate en la película). Sus últimos trabajos son The Narrows, Table for Three y Chalet Girl.

Se caso con su compañero de reparto en One Tree Hill, Chad Michael Murray Actualmente sale con su también compañero de reparto, Austin Nichols, quien hace de su pareja.

Ya desde algunos años ha usado su fama para crear conciencia sobre diversos temas de carácter social. Entre estos temas surgen una posición contra la discriminación de las personas homosexuales, la causa del medio ambiente en general, la conservación de energía, el reciclado y, recientemente, una recogida de fondos destinados a ayudar a las personas que viven en la zona del golfo de México afectada por el desastre ambiental de la plataforma petrolera Deepwater Horizon, que ocurrió el 20 de abril de 2010. La artista se fue personalmente a Luisiana y comentó en varias entrevistas el horror que encontró visitando esos lugares.

La recogida de fondos está en marcha en Internet a través de la página web de "crowdsourcing" Crowdrise.com. La actriz, para apoyar la recogida de fondos, dijo que tiene la intención de correr, el próximo mes de noviembre, un medio maratón, a pesar de sufrir de asma, de tener una rodilla que antiguamente le causó problemas y de no correr desde cuando tenía 13 años.