Sophie Letourneur est née en 1978. Elle suit des études d'Arts Appliqués, où elle travaille les alliances d'images et de photos, avant de gagner la section vidéo des Arts Décoratifs, où elle tâte du documentaire de l'expérimental.
Suivent des courts métrages remarqués en festivals, La Tête dans le vide (2004) et Manue Bolonaise (2005), visites fantaisistes au pays du sentiment et de l'enfance, qu'elle retrouve dans le moyen métrage ROC & CANYON (2008), centré sur des adolescents en plein émoi, dans une colonie ambiance camping et canoë.
Puis vient le temps du premier long métrage, avec La Vie au ranch (2010, photo), aventures d'une bande de copines de 20 ans, entre appartenance au groupe et désir d'émancipation individuelle. Ces trois derniers sortent en salles et font connaître leur réalisatrice. Trois ans plus tard, Sophie Letourneur réalise Le Marin masqué, un court métrage présenté dans de nombreux festivals l’année de sa sortie, et qui reçoit un prix au Festival Tous Court d’Aix-en-Provence. Pour ce film, qu’elle tourne de manière très artisanale, la cinéaste donne forme à un dispositif original, qui met en relation plusieurs temporalités grâce à la voix-off des personnages. La même année, elle met en scène son deuxième long métrage, Les Coquillettes, une nouvelle comédie féminine, sorte de mise en abyme qui se déroule lors de la présentation du Marin Masqué au festival de Lorcarno, dans lequel la cinéaste se met en scène aux côtés de Camille Genaud et Carole Le Page, et utilise le même dispositif narratif que Le Marin Masqué. Elle réalise un nouveau long métrage en 2014, Gaby Baby Doll, qui au vu de son casting professionnel (Lolita Chammah, Benjamin Biolay et Felix Moati) marque un tournant dans la carrière de la réalisatrice qui s’est fait une place dans le palmarès du cinéma français.