Sonja Bühler studierte Gesang an der Rowan University, USA und an der Hochschule für Musik in Freiburg bei Prof. Marian Stieber und Prof. Towako Sato-Schöllhorn.
Bereits während ihres Studiums war sie in zahlreichen Rollen auf der Opernbühne zu sehen. Ihr Konzertdebut gab die Sopranistin im Mailänder Dom, und es folgten viele Konzerte und Liederabende in Europa, den USA, Südamerika und Asien.
Ihr breitgefächertes Repertoire reicht von mittelalterlicher Musik über die Renaissance und Romantik bis hin zur zeitgenössischen Musik.
Sie sang verschiedenste Uraufführungen, so zum Beispiel die Rolle der Batseba in der Uraufführung der Oper König David von Uros Rojko in Freiburg und gastierte damit 2010 in Ljubljana. 2011 spielte sie unter der Leitung von Hans Michael Beuerle bisher unveröffentlichte Passionskantaten von Graupner für den Carus Verlag ein.
2012 debütierte sie als Vespetta in der Oper Pimpinone von Telemann auf Schloss Hundisburg mit Wiederaufnahme 2016 bei den Klosterfestspielen Maulbronn. Bei den Baden-Badener Osterfestspielen 2016 sang sie in einem Opernworkshop für Kinder die Isolde in Wagners Oper Tristan und Isolde.
Seit 2009 ist die Sängerin Mitglied verschiedener Ensembles wie z.B. dem RIAS Kammerchor, SWR Vokalensemble und seit 2017 der Zürcher Sing-Akademie.