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 получила после роли Лизы Бричкиной в фильме «А зори здесь тихие…» (2015). Среди других заметных работ — фильмы «Жених» (2016) и «Викинги: Вальхалла» (2022), где сыграла княжну Елену.
Рост актрисы около 165 см, она владеет английским и французским языками, занимается сноубордом и теннисом. Софья ведёт активную жизнь в социальных сетях и продолжает профессиональную деятельность в России и за рубежом. О личной жизни не распространяется.