Sonja Leutwyler wurde in Zürich geboren. Sie studierte Viola und Gesang an der Zürcher Hochschule der Künste und an der Hochschule für Musik und Theater in München bei Maria Cavazza, Christian Gerhaher und Helmut Deutsch. Noch während des Studiums sang sie u.a. am Prinzregententheater München Partien wie Sesto, Larina und Dorabella.
Sie verfügt über ein absolutes Gehör und den beachtlichen Stimmumfang von über drei Oktaven.

Vier Jahre war sie als Solistin am Staatstheater am Gärtnerplatz München engagiert und sang die grossen Partien ihres Fachs. Weitere Engagements führten sie ans Markgräfliche Opernhaus Bayreuth, ans Cuvilliés-Theater München, ans Teatro Comunale di Bologna und ans Opernhaus Zürich. Kürzlich sang sie in einer Produktion der Opéra Comique Paris eine Hauptpartie in der Oper “Kein Licht“ von Philippe Manoury und gab Gastspiele am Nationaltheater Zagreb und am Grand Théâtre de Luxembourg.

Als Konzertsolistin tritt Sonja Leutwyler mit namhaften Orchestern wie z.B. den Bamberger Symphonikern, dem Münchner Rundfunkorchester unter der Leitung von Ulf Schirmer, dem Tonhalle Orchester Zürich, dem Arctic Philharmonic Orchestra, dem Zürcher- und dem Stuttgarter Kammerorchester und dem SWR Symphonieorchester unter der Leitung von Helmut Rilling auf. Sie ist gern gesehener Gast an bedeutenden Festivals wie dem Richard Strauss Festival Garmisch-Partenkirchen, den Festspielen Mecklenburg-Vorpommern, dem Beethovenfest Bonn, dem Musikfest Stuttgart sowie an den St.Martin-in-the-Fields concert series London und tritt regelmässig in der Tonhalle Zürich und im Wiener Konzerthaus auf. 

Sonja Leutwyler ist als vielseitige Sängerin ebenfalls sehr gefragt für ihre Interpretationen zeitgenössischer Werke. Am Prinzregententheater München war sie in einer Hauptpartie in Elliot Carters Oper “What Next“ mit dem Münchner Rundfunkorchester zu erleben. Mit dem RSO Wien sang sie als Solistin am Eröffnungskonzert der Reihe “Wien Modern“ und mit Werken von Luigi Nono war sie auf einer Italien-Konzertreise unter der Leitung von Roberto Abbado. Kürzlich gestaltete sie mit grossem Erfolg Berios “Folksongs“ in zahlreichen Konzertsälen der Schweiz.

Höhepunkte der letzten Jahre waren Mendelssohns Walpurgisnacht am Rheingau Musik Festival unter der Leitung von Andrés Orozco-Estrada mit dem hr-Sinfonieorchester, Konzerte und CD-Aufnahme mit dem RSO Wien im Wiener Konzerthaus, einen Soloabend mit Arien von Haydn und Vivaldi mit der Camerata Zürich in der Tonhalle Zürich, CPE Bachs Magnificat mit dem Zürcher Kammerorchester unter der Leitung von Diego Fasolis, einen Liederabend in der Tonhalle Maag Zürich sowie einen Kammermusikabend in der Elbphilharmonie Hamburg.
Kürzlich sang Sonja Leutwyler als Solistin mit dem Tonhalle Orchester Zürich, gab einen Konzertabend mit Maurice Steger und gab ihr Spanien Debüt mit drei Konzerten mit dem Orquesta Nacional de España unter der Leitung von Andres Orozco-Estrada im Auditorio Nacional de Música.
Ihre bei Solo Musica erschienene CD "Hymne à la beauté" wurde für den ICMA-Award nominiert und mit dem Pizzicato Supersonic Award ausgezeichnet. Im März 2023 erschien ihr neues Album "Secret Nights", welches in der Tonhalle Zürich sowie an weiteren Konzertabenden in Berlin, Hamburg und Luxembourg vorgestellt wurde.