Fille d'agriculteurs du Sud-Manche, Sophie Quinton prépare au lycée Millet de Cherbourg un bac option théâtre. Elle rêve de cinéma en regardant Peau d'âne et La Nuit américaine. À sa sortie du lycée, elle intègre une petite troupe de théâtre de rue.

Elle se fait remarquer au cinéma grâce à ses premiers rôles dans deux courts-métrages de Gérald Hustache-Mathieu : Peau de vache (prix d'interprétation au Festival de Clermont-Ferrand) et La Chatte andalouse.

Elle incarne ensuite l'héroïne de Qui a tué Bambi ? qui la révèle au grand public et pour lequel elle est nommée pour le César du meilleur espoir féminin. Elle retrouve Gérald Hustache-Mathieu en 2005 pour le premier long métrage de celui-ci, Avril. Et en 2011 pour le second long-métrage de Gérald Hustache-Mathieu Poupoupidou.

Elle est mère de 2 garçons.