Il debutto sul grande schermo è avvenuto all'età di 22 anni in C'era una volta a New York di James Gray
Figlia di una pittrice e di un avvocato, Sofia Black D'Elia ha manifestato sin da bambina la sua passione per la recitazione.
A 5 anni ha iniziato a frequentare una scuola presso il teatro di Broadway e a 17 anni è stata scritturata per un ruolo ricorrente nella soap opera La valle dei pini.
L'attrice statunitense è nata nel 1991 a Clifton, nel New Jersey.
Il suo esordio artistico è avvenuto in televisione dove ha interpretato, oltre la soap La valle dei Pini anche le serie Skins, Gossip Girl, Tradimenti e The Messenger.
Nel 2012 ha recitato nel cortometraggio di Ryan Sloan e Robert Spat dal titolo Somewhere Road, ma il vero debutto sul grande schermo è avvenuto all'età di 22 anni nel 2013 con un piccolo ruolo in C'era una volta a New York di James Gray con Marion Cotillard e Joaquin Phoenix. Questo film ha concorso alla 66ma edizione del Festival di Cannes ed è stato nominato per vincere la Palma d'oro.
Nel 2015 Sofia Black D'Elia ha recitato in un ruolo più significativo nella pellicola fantascientica Project Almanac - Benvenuti a ieri diretta da Dean Israelite nel quale ha interpretato Jessie Piercie, la ragazza di cui s'innamora il protagonista e che scompare n un loop temporale.
Nel 2016 vedremo la bellisssima attrice statunitense protagonista del thriller fantascientifico dal titolo Viral.