Софья Лебедева начала актёрскую карьеру в школьной театральной студии «Д.Е.М.И.», затем поступила в школу-студию МХАТ на курс И.Я. Золотовицкого. Дебютировала в кино в сериале «Пыльная работа». В 2013 году снялась в новой версии фильма «А зори здесь тихие».

В дальнейшем актриса участвовала в проектах, где появлялась в обнажённом виде, включая фильмы «Параллельные прямые пересекаются в бесконечности» (2015), «О чём она молчит» (2018), а также сериалы «Бывшие» (2017) и «Викинги Вальхалла» (2022-2024).