Née en 1961 à San Francisco d'une mère d'origine roumaine et d'un père américain, Sonia Wieder-Atherton grandit à New York puis à Paris. Elle entre bientôt au Conservatoire National Supérieur dans la classe de Maurice Gendron. A 19 ans, elle traverse le Rideau de Fer pour vivre à Moscou, où elle étudie avec Natalia Shakhovskaya au Conservatoire Tchaïkovski. Outre un excellent enseignement, ses années russes lui ont laissé un rapport particulier au temps et à l'histoire. A son retour en France, elle remporte à 25 ans le Concours Rostropovitch.

Elle collabore avec de nombreux compositeurs contemporains (Betsy Jolas, Pascal Dusapin, Francesco Filidei, Georges Aperghis, Wolfgang Rihm, Bernard Foccroule, Edith Canat de Chizy ...), dont elle est devenue l'interprète privilégiée. En soliste, elle se produit sous la direction de nombreux chefs internationaux. Elle joue en musique de chambre avec Imogen Cooper, Elisabeth Leonskaya, Raphaël Oleg, Alexander Paley, Bruno Fontaine...

Elle a aussi composé la musique des films de Chantal Akerman dès 1989. Elle a reçu en 2023 le Prix Musique de la SACD.