Elle suit des études de danse classique au théâtre du Châtelet à Paris, et des cours de dessin. À 16 ans, elle part, sous le nom de scène de « Betty Hugon », avec un corps de ballet formé de douze filles pour une longue tournée en Allemagne, avec au programme exclusivement du french cancan. Dotée d'un physique à la Brigitte Bardot, elle est engagée au cabaret La Nouvelle Ève comme chanteuse fantaisiste, sous le nom de scène de « Betty Laurent ». Elle se tourne par la suite vers le théâtre, après avoir suivi les enseignements de Pierre Dux et de Raymond Girard.
Elle débute au cinéma en 1955, dans Paris Canaille, sous le nom de scène de « Betty Daumier ».
Elle perce véritablement au théâtre en 1957 dans Patate, de Marcel Achard, qu’elle joue pendant six ans. C'est à cette époque que, sur les instances de celui-ci, elle se choisit un nouveau prénom, Sophie.
Guy Bedos et Sophie Daumier vont finalement unir leurs destins personnels et professionnels à l'occasion du spectacle Milord l’Arsouille. Ils se marient le [3]. Leur carrière commune, tout comme leur mariage, durera une dizaine d'années. Ils interprètent ensemble de nombreux sketches, écrits par Jean-Loup Dabadie, notamment La Drague (qui connait un immense succès populaire et reste la référence de leurs duos), Tête-bêche ou Les Vacances à Marrakech.
Le couple a une fille en 1977, Mélanie, mais divorce quelques mois plus tard[4]. Sophie Daumier reprend alors une carrière en solo, jouant notamment dans Une histoire simple (1978) de Claude Sautet.
Deux ans après, elle publie un livre de souvenirs teintés d'amertume : Parle à mon cœur, ma tête est malade. Souffrant, comme sa mère et son fils Philippe, de la maladie de Huntington (dite aussi « chorée de Huntington »), maladie génétique qui entraîne une lente dégénérescence neuronale irréversible, elle est peu à peu contrainte de réduire ses activités. En 1988, pendant la comédie musicale Starmania, elle lance un appel pour qu'on vienne en aide aux victimes de cette maladie.