Sonoya Mizuno nació en Tokio, pero creció en Somerset, Inglaterra. Debutó en la premiada Ex Machina, nominada a los Oscar, de Alex Garland, con Domhnall Gleeson, Oscar Isaac y Alicia Vikander. Por el papel de Kyoko, The Playlist/Indiewire la incluyó en la lista 2015 de "20 actrices a tener en cuenta", y aparece en la lista de "5 actrices a punto de hacerse con Hollywood" en el número de noviembre de la revista Elle.

Pronto la veremos en Gifted, de Robert Shaye, y en Annihilation, de Alex Garland, con Natalie Portman, Jennifer Jason Leigh y Oscar Isaac.

Después de estudiar en la Royal Ballet School, perteneció a varias compañías de ballet, como el Semperoper Ballet de Dresden, el Ballet Ireland, el New English Ballet Theatre y el Scottish Ballet. También ha trabajado como modelo para Chanel, Alexander McQueen, Saint Laurent y Louis Vuitton.