Agnès Soral se passionne très tôt pour le théâtre de rue et s'inscrit dès l'âge de treize ans aux cours du Conservatoire de Grenoble avant d'intégrer une troupe de théâtre amateur et de marionnettistes. Arrivée à Paris à 15 ans, elle multiplie les petits boulots et débute à la télévision après avoir été repérée par hasard.

En 1977, Claude Berri la fait débuter au cinéma dans Un Moment d'égarement, aux côtés de Jean-Pierre Marielle et Victor Lanoux avant de lui confier six ans plus tard le rôle qui la fera véritablement connaître du grand public, dans Tchao Pantin. Face à Coluche et Richard Anconina, Agnès Soral incarne le personnage de Lola, une jeune punk, fragile et paumée et décroche une nomination aux Césars. Son charme acidulé séduit ensuite Denys Granier-Deferre, qui l'invite à son Réveillon chez Bob et Jean-Marie Poiré, qui l'entraîne dans son Twist again à Moscou.

Moins présente sur les écrans à la fin des années de 1980, la comédienne préfère s'investir au théâtre où elle joue successivement des pièces de Marguerite Duras, Aristophane, Brecht ou Tennessee Williams et collabore également à l'adaptation du Chantecler d'Edmond Rostand, avec Jérôme Savary. Parallèlement à ses activités cinémathographiques et théâtrales, elle s'illustre très régulièrement à la télévision dans des séries ou des téléfilms.

On la retrouve en 1996 aux côtés de Fabrice Luchini dans Hommes, femmes : mode d'emploi, puis dans Comme une bête et Livraison à domicile de Bruno Delahaye. Agnès Soral est à nouveau à l'affiche en 2004 avec L' Incruste, fallait pas le laisser entrer ! une comédie avec et Titoff et Frédéric Diefenthal, et dans Les Parisiens et Le Courage d'aimer, tous deux réalisés par Claude Lelouch avec qui elle collabore pour la troisième fois.