Ex-compagne de Pascal Bonitzer, mère d’Agathe Bonitzer et sœur d’Hélène Fillières, Sophie Fillères a entrepris des études à la Femis. Elle en sort diplômée en 1990, dans la section réalisation, et débute par un court-métrage, Des filles et des chiens (1991), qui obtient le prix Jean-Vigo. En même temps, la jeune femme collabore au scénario de Nord de Xavier Beauvois.
D’autres cinéastes font appel à ses talents d’écriture, comme Noémie Lvovsky (Oublie-moi), Jean-Marc Moutout (De bon matin) et Nicolas Maury (Garçon Chiffon).
Sophie Fillières est elle-même la réalisatrice de petits films d’auteur joliment décalés, dans une mouvance post-Nouvelle Vague, avec une prédilection pour la comédie, de Grande petite (1994) à La belle et la belle (2018), en passant par Aïe (2000).
Elle établit en outre une véritable complicité avec ses interprètes dont elle tire le meilleur. Parmi eux, on peut citer Judith Godrèche, André Dussollier, Emmanuelle Devos, Chiara Mastroianni, Mathieu Amalric et Sandrine Kiberlain.
Sophie Fillières est décédée le 31 juillet 2023 à l’âge de 58 ans.