Sonya Yoncheva nació en 1981 en Bulgaria, donde se graduó en piano y canto. Tras ganar numerosos premios nacionales en Bulgaria, fue tabiçén finalista del concurso Enrico Caruso de Milán y semifinalista del Montserrat Caballé en Andorra.
En 2003 toma parte en una Gala patrocinada por Mirella Freni y Nicolai Ghiaurov en el Teatro dal Verme de Milán. En la temporada 2004/2005 gana la beca para cantantes de opera de la Fundación Mosetti de Lausanne y en la 2006/2007 la beca de la Fundación Hablitzel de Basilea. En 2005 debuta en el repertorio operístico en el rol de Isabella de L’inganno felice Rossini en Ginebra, y en 2006 en el de Gallo y Mochuelo de La pequeña zorra astuta de Janacek.
Sonya Yoncheva ha participado en numerosas master clases impartidas por Eda Moser, Alain Garichot y Nathalie Stutzmann. Ha estudiado también con Danielle Borst en Ginebra.
En junio de 2007 cantó el rol de Norina en el Don Pasquale de Donizetti en el Théâtre de Caen, dirigido por Daniel Slater; y participó en la Academia del Festival de Aix en Provence, donde ganó el premio Les amis du Festival. Sonya Yoncheva ha realizado recientemente importantes debuts con Les Arts Florissantsdirigidos por William Christie durante la edición 2007 del Jardin des Voix: Lincoln Center en Nueva York, London Barbican Center, Alte Oper Frankfurt, Palais de Beaux-Arts en Brussels, Auditorio Nacional de Madrid, Cité de la Musique en Paris y Foundación Gulbenkian en Lisboa.
Recientemente ha cantadoL’Incoronazione di Poppea de Monteverdi en el Glyndebourne Festival dirigida por Emmanuelle Haim y Robert Carsen, Serpina en concierto y una grabación en DVD de La Serva Padrona de Pergolesi para la Radiotelevisión Suiza (RTSI) dirigida por Diego Fasolis, Emilie en Les Indes Galantes de Rameau en una gira internacional con Les Arts Florissants.
Entre sus próximos compromisos destacan Norina en el Don Pasquale de Donizzetti en el Teatro Real de Madrid; Rossane en Floridante deHandel en el Handel Festival de Halle; Giunone en Il ritorno d’Ulisse in Patria deMonteverdi dirigido por William Christie en el Teatro Real de Madrid; cantará con Stéphanie D’Oustrac en el proyecto de Jean-Paul Scarpitta “C’était Marie-Antoinette” en el Festival de Radio France de Montpellier; Dardanus de Rameau dirigido por Emmanuelle Haïm en la Opera de Lille, Opera de Dijon; Dido del Dido & Enea dePurcell en gira por USA con Les Arts Florissants; Cleopatra en Giulio Cesare bajo la batuta de Jean-Claude Malgloire y Poppea en L’Incoronazione di Poppea deMonteverde dirigida por Emmanuelle Haïm.