Sophie Duez débute comme choriste et danseuse avec
Patrick Bruel (notamment sur la chanson Marre de cette nana là). Un passage remarqué dans Lui « le magazine de l'homme moderne » en 1982 puis elle débute sa carrière d'actrice avec le film Marche à l'ombre de
Michel Blanc en 1984 qui la fera remarquer et pour laquelle elle est nommée pour un César du meilleur espoir féminin en 1985. Suivra une période d'absence au cinéma durant les années 1990, mais elle apparait à la télévision dans divers téléfilms. Elle redevient d'actualité grâce à la série Quai n°1.
En 2008, elle se présente sur la liste municipale (PS) à Nice conduite par Patrick Allemand en quatrième position (elle est élue conseillère municipale) sur la liste « Changer d'ère » de la gauche rassemblée et des écologistes Union de la gauche. Elle démissionne de son poste de conseillère municipale le 12 décembre 2009, annoncant dans un premier temps quitter la politique, puis le 15 décembre 2009 annonce son entrée au sein du cabinet du maire de Nice, Christian Estrosi (UMP) notamment en tant que chargé de mission pour la rénovation et la transformation des anciens abattoirs municipaux en ateliers d'artistes.
Elle a été l'épouse de Manu Katché durant les années 1980-1990 avec qui elle a eu deux enfants.