Sonia Sotomayor nasceu no bairro do Bronx, em Nova York. Seu pai era Juan Sotomayor (1921–1964), da área de Santurce, San Juan, Porto Rico, e sua mãe era Celina Báez (1927–2021), do bairro de Santa Rosa em Lajas, uma área rural em Costa sudoeste de Porto Rico.
Ela foi criada como católica e cresceu em comunidades porto-riquenhas no South Bronx e East Bronx. A família morava em um cortiço do sul do Bronx antes de se mudar, em 1957, para o bem conservado, racial e etnicamente misto, conjunto habitacional popular de Bronxdale Houses, em Soundview, Bronx.
Sotomayor passou nos testes de admissão e depois frequentou a Cardinal Spellman High School no Bronx, onde fez parte da equipe forense sendo eleita para o governo estudantil. Concluiu o ensino médio em 1972, sendo a oradora da turma.
Sotomayor entrou na Universidade de Princeton, em 1973, com uma bolsa de estudos integral, tal como ela afirmou posteriormente, ganhou a admissão em parte devido a suas realizações no ensino médio e em parte porque a ação afirmativa compensava seus resultados de testes padronizados, apesar de não serem totalmente comparáveis aos de outros candidatos. Ela ganhou um B.A. em 1976, recebendo a menção “summa cum laude”, a maior honra acadêmica da universidade.
Sotomayor ingressou na Faculdade de Direito de Yale no outono de 1976, mais uma vez com uma bolsa de estudos. Embora ela acredite que novamente se beneficiou da ação afirmativa para compensar os resultados de testes padronizados um pouco mais baixos, um ex-reitor de admissões de Yale disse que, devido ao seu histórico em Princeton, provavelmente teve pouco efeito. Em Yale, ela se encaixou bem, embora descobrisse haver novamente poucos estudantes latinos. Ela era conhecida como trabalhadora, mas não era considerada uma das melhores alunas de sua classe. Sotomayor se tornou editora do Yale Law Journal e também foi editora-gerente da publicação Yale Studies in World Public Order, dirigida por estudantes. Sotomayor publicou uma nota de revisão da lei sobre o efeito de um possível estado porto-riquenho nos direitos minerais e oceânicos da ilha.
Após seu segundo ano, ela conseguiu um emprego como associada de verão no proeminente escritório de advocacia de Nova York Paul, Weiss, Rifkind, Wharton & Garrison. Por sua própria avaliação posterior, seu desempenho como estagiária não era dos melhores. Ela não recebeu uma oferta para um cargo em tempo integral, uma experiência que mais tarde ela descreveu como um “chute nos dentes” e que a incomodaria por anos. Em seu terceiro ano, ela apresentou uma queixa formal contra o escritório de advocacia Shaw, Pittman, Potts & Trowbridge, estabelecido em Washington, D.C., por sugerir durante um jantar de recrutamento que ela estava em Yale apenas através de ação afirmativa. Sotomayor recusou-se a ser entrevistada pela empresa e apresentou sua queixa a um tribunal de professores e alunos, que decidiu em seu favor. Sua ação desencadeou um debate em todo o campus, e as notícias do pedido de desculpas da empresa em dezembro de 1978 chegaram ao The Washington Post. Em 1979, ela se titulou em “Juris Doctor” (JD) pela Yale Law School.
De 1979 a 1984, Sonia Sotomayor atuou como promotora assistente no Gabinete do Procurador Distrital do Condado de Nova York. Ela então litigou questões comerciais internacionais na cidade de Nova York em Pavia & Harcourt, onde atuou como associada e depois sócia de 1984 a 1992. Em 1991, o presidente George H. W. Bush a nomeou para o Tribunal Distrital dos EUA, Distrito sul de Nova York, onde ela serviu nesse posto de 1992 a 1998. Ela também atuou como juíza no Tribunal de Apelações dos Estados Unidos para o Segundo Circuito de 1998 a 2009.
Em 25 de maio de 2009, o presidente Barack Obama apontou Sonia Sotomayor para a Suprema Corte. Em 28 de julho de 2009, o Comitê Judiciário do Senado votou por 13 a 6 a favor de sua indicação, enviando-a ao Plenário do Senado para uma votação final de confirmação. Todos os democratas votaram a seu favor, assim como uma republicana, Lindsey Graham. Em 6 de agosto de 2009, Sotomayor foi confirmada pelo plenário do Senado por uma votação de 68 – 31. Votaram nela todos os democratas presentes, com os dois independentes do Senado e mais nove republicanos. Em 8 de agosto de 2009, ela tomou posse na Suprema Corte dos Estados Unidos.