София Бутелла родилась 3 апреля 1982 года в районе Баб-эль-Уэд города Алжир, в семье композитора Safy Boutella. В возрасте 5 лет начала заниматься хореографией, в 10 лет семья переехала во Францию. В школе София занималась художественной гимнастикой (2 место на чемпионате Франции, олимпийская сборная).

Одновременно она занималась хип-хопом и уличными танцами, танцевала в группе Vagabond Crew. В 2006 году выиграла World Championship HipHop Battle. Окончила Музыкальный колледж Беркли.

Работала с хореографом Бьянкой Ли (среди работ которой, хореография клипа Daft Punk «Around the world»), снималась в рекламных роликах. В 2002 году снялась в фильме DJ: Le Defi, затем последовали две небольшие роли в фильмах Permis d’aimer и Les Cordier: juge et flic.

Снявшись в рекламном ролике Nikewoman 2005, в 2006 году она стала лицом фирмы Nike.

Работала с хореографом Джейми Кингом при съёмке видео RockStar Workout. Затем стала участницей танцевальной группы Мадонны, снималась в её видео-клипах Hung up и Sorry. Также работала с Рианной, Мэрайей Кэри, Джастином Тимберлейком, Бритни Спирс, Jamiroquai, Bodyrockers, Black Eyed Peas и другими артистами.

В 2009 году была отобрана в танцевальную группу Майкла Джексона, но была вынуждена отказаться, так как даты его турне совпадали с турне Мадонны, с которой у неё был подписан контракт.

В феврале 2011 года снялась в посмертном клипе Майкла Джексона Hollywood Tonight.

В 2012 году снялась в фильме «Уличные танцы 2», где сыграла роль Евы — девушки, которая учит главного героя латиноамериканским танцам и помогает ему выиграть танцевальный турнир. В 2015 году вышел фильм с её участием «Kingsman: Секретная служба». В 2016 году вошла в основную команду фильма «Стартрек: Бесконечность». В 2017 году вышел фильм «Мумия» с Софией и Томом Крузом в главной роли.