Софья Лебедева родилась 14 декабря 1993 года в Обнинске в семье учёных. В 2014 году окончила Школу-студию МХАТ и дебютировала в кино. Широкую известность ей принесла роль Лизы Бричкиной в фильме «А зори здесь тихие…» (2015). Среди других заметных работ — фильмы «Жених» (2016) и «Викинги: Вальхалла» (2022), где она сыграла княжну Елену.
Лебедева владеет английским и французским языками, увлекается сноубордом и теннисом. Она активно ведёт страницы в Instagram и VK. Информации о личной жизни актриса не раскрывает, продолжая работать в театре и кино как в России, так и за её пределами.