Fille d'agriculteur, Sophie Quinton rêve de cinéma en regardant Peau d'âne et La Nuit américaine. Après un bac option art dramatique, elle intègre une troupe de théâtre de rue. En 2000, la comédienne tourne son premier court-métrage, Dimanche, sous la direction d'Emmanuel Finkiel, dans le cadre de l'opération Talents Cannes de l'Adami, et enchaîne avec deux autres courts très remarqués de Gérald Hustache-Mathieu, Peau de vache, pour lequel elle reçoit le prix d'interprétation au Festival de Clermont-Ferrand, et La Chatte andalouse.

En 2003, Gilles Marchand la choisit pour être l'héroïne de Qui a tué Bambi ?. Sa composition d'élève infirmière angélique qui se jette dans la gueule d'un loup interprété par Laurent Lucas est saluée par la critique, et lui vaut en 2004 une nomination au César du Meilleur espoir féminin. Soeur attentionnée du boxeur Duvauchelle dans Poids léger, la douce Sophie Quinton tourne avec les cinéastes de sa génération, comme Dominique Lienhard (Müetter, 2005) ou son vieux complice Gérald Hustache-Mathieu, qui passe en 2006 du court au long métrage avec Avril.

L'année suivante, Sophie Quinton prend les traits de Miss Montigny dans la comédie de Miel van Hoogenbemt. Elle alterne par la suite entre téléfilms et seconds rôles au cinéma (Par suite d'un arrêt de travail..., L' Empreinte) jusqu'en 2011, où elle collabore une nouvelle fois avec son réalisateur fétiche, Gérald Hustache-Mathieu, pour Poupoupidou. La comédienne y incarne une star locale du Jura, persuadée d'être la réincarnation de Marilyn Monroe. La même année, elle intègre la famille déjantée du Skylab, et devient, après cette parenthèse comique, la femme d'Yvan Attal, l'un des 38 témoins de Lucas Belvaux, l'épouse d'un homme témoin d'un meurtre qui n'a rien fait pour l'empêcher.