De mère grecque et de père italien, Sofia Milos grandit en Italie. Après quelques concours de beauté, elle entame une carrière de mannequin dès l'âge de 15 ans. En 1990, elle part pour les Etats-Unis avec son rêve de devenir actrice. Elle décroche son premier rôle en 1992 dans Out of control aux côtés de Lesley-Anne Down et Kris Kristofferson. Remarquée, elle obtient son premier rôle régulier dans la sitcom Cafe Americain avec Valerie Bertinelli, mais la série est vite annulée.

La jeune comédienne enchaîne des apparitions dans les séries Friends, Dingue de toi, Voleurs de charme, Les Soprano et Urgences, pour ne citer qu'elles ! En 2003, après le départ de Kim Delaney, les producteurs lui proposent de rejoindre l'équipe des Experts : Miami. D'abord récurrent, son personnage du détective Yelina Salas devient régulier le temps de la 3ème saison.

Au cinéma, elle joue entre autres dans les films Un homme à femmes (2000), The Order (2001) et Passionada (2003).