Issue d'une famille d'artistes, Sonia Braga débute sur scène à la fin des années 60 dans la comédie musicale Hair. Parallèlement elle débute à la télévision et dès 1970 accède à un premier rôle au cinéma dans A Moreninha. C'est pourtant le petit écran qui lui offre son premier succès - dans l'adaptation brésilienne de Rue Sésame - en 1972. Au cinéma, elle continue sur sa lancée dans Mestica a Escrava Indomável et dans O Casal. C'est encore la télévision qui la consacre star en 1975 grâce à la telenovela Gabriela (fondée sur le livre Gabriela, Cravo e Canela de Jorge Amado) dont elle interprète l'héroïne. Par la suite elle s'impose progressivement comme la plus grande star d'Amérique latine[réf. nécessaire].

Sonia connaît son premier succès international dans une autre adaptation fameuse de Jorge Amado, pour le grand écran cette fois, dans le rôle titre du film Dona Flor et ses deux maris de Bruno Barreto en 1976. Elle apparaît aussi dans plusieurs films commerciaux brésiliens tels que A Dama do Lotação (La Dame du bus) en 1978 et Eu Te Amo (Je t'aime) en 1981. Dans le même temps, Braga s'illustre dans des séries, notamment le soap Dancin' Days où elle tient le rôle central.

Sa renommée internationale grandit avec le rôle titre du film Gabriela, l'adaptation pour grand écran du roman précité d'Amado, en 1983, de nouveau dirigée par Barreto. L'histoire a lieu à Bahia en 1925, et Sônia Braga joue le rôle d'une belle mulâtresse, Gabriela, qui transforme la vie de plusieurs provinciaux. Son triomphe dans ses compositions sensuelles lui vaut alors le surnom de "la Marilyn Monroe de l'Amérique du Sud"[réf. nécessaire]. Grâce à ce conte romantique, Sônia Braga peut faire son entrée dans le cinéma des États-Unis. Elle enchaîne avec trois rôles dans l'onirique et engagé Le Baiser de la femme araignée réalisé par Hector Babenco (1985, d'après Manuel Puig), qui remporte un grand succès critique dans les festivals du monde entier, à Cannes notamment. D'ailleurs, elle devient membre du jury du festival de Cannes en 1986.

Gabriela et Le Baiser de la femme araignée l'introduisent sur le marché américain, à la télévision d'abord dans The Cosby Show et le téléfilm L'Homme qui brisa ses chaînes face au jeune Val Kilmer. L'actrice tourne ensuite dans Pleine Lune sur Parador de Paul Mazursky avec Richard Dreyfuss et dans La Relève de et avec Clint Eastwood.

A l'orée des années 90, Sonia Braga se partage entre Nord et Sud, entre télévision (Les Contes de la crypte) et cinéma (Roosters), n'échappant pas cependant aux compositions habituellement dévolues aux comédiens latinos, partageant l'affiche avec Edward James Olmos, Maria Conchita Alonso, Tomas Milian ou Esai Morales. La brésilienne collabore avec Nicolas Roeg et John Frankenheimer avant d'incarner en 1996 une autre héroïne du romancier Jorge Amado, Tieta sous la direction de Carlos Diegues.

La décennie suivante, elle apparaît surtout en vedette invitée dans des séries télévisées comme Sex and the City, New York police judiciaire, Les Experts : Miami, Alias et Ghost Whisperer. Au cinéma, le public peut la revoir dans Angel Eyes de Luis Mandoki en 2001 et Les oubliées de Juarez en 2007 (les deux avec Jennifer Lopez en vedette), ou encore dans Che Guevara de Josh Evans (2005, avec Eduardo Noriega dans le rôle titre) et The Hottest State mis en scène par Ethan Hawke en 2006, sans jamais cesser son activité télévisuelle (l'adaptation brésilienne de Desperate Housewives en 2007). En 2004, elle prête sa beauté à Amália Rodrigues dans un court métrage.