Она родилась в 1885 г. в Украине и при рождении получила имя Сара Елиевна Штерн. С 5 лет девочка воспитывалась в семье дяди Генриха Терка, преуспевающего петербургского адвоката, и с тех пор стала именовать себя Соня Терк. Девочка занималась живописью, в которой с раннего возраста проявляла заметные успехи. В частной школе в Германии она получила классическое художественное образование, а во время каникул путешествовала по Европе, знакомясь с лучшими коллекциями музеев.
В 20 лет Соня переехала в Париж, где продолжила обучаться живописи в Академии де ла Палетт. Она вращалась в кругу французской богемы и общалась с выдающимися живописцами своего времени. В 22 года ее работы уже выставлялись в Парижской галерее «Нотр-Дам Шан». В том же 1908 г. она по настоянию родных вышла замуж за немецкого коллекционера, галериста и критика В. Уде, но уже через год ушла от него к молодому художнику-абстракционисту Роберу Делоне. Под этой фамилией она и прославилась в Европе.
В этот период Соня Делоне, помимо живописи, увлеклась созданием рисунков на ткани, вышивкой и оформлением интерьеров. Вместе с мужем они основали новое направление в искусстве, имя которому дал Гийом Аполлинер, – «орфизм», или «симультанизм». Они определяли его как «движение цвета в свете».
С помощью переплетения геометрических фигур и концентрических «солнечных кругов» они создавали яркие и динамичные композиции, передающие энергию движения и все тонкости цветовых сочетаний. Брак Сони и Робера был не только счастливым семейным союзом, но и продуктивным творческим тандемом. Соня говорила о своем муже: «Он дал мне форму, а я ему – цвет».
Первым опытом Сони в дизайне стало одеяльце для сына, которое она сшила из разноцветных лоскутков. Сочетание абстрактных узоров, которые она назвала «симультанными контрастами», показалось ей оригинальной находкой для дизайна одежды. Свои идеи она вскоре воплотила в коллекции платьев и пальто в стиле арт-деко. Это была практическая реализация ее теории «симультанности» – создания эффекта движения с помощью контрастных цветов, размещенных рядом. Цвет, свет, динамизм и симультанность были основными заповедями творчества Сони и Робера Делоне.
Продуктивным стало знакомство и сотрудничество Делоне с Сергеем Дягилевым: Соня создавала эскизы костюмов и декораций для его театральных постановок, а Дягилев помог ей открыть собственный Дом моды в Мадриде – «Casa Sonia», а позже и «Delaunay» в Париже. Ее провозгласили ведущей представительницей стиля арт-деко, а главными ее находками считали «равновесие объема и цвета и великолепное чувство ритма».
В 1963 г. Соня Делоне передала в дар Франции 117 своих картин и Робера. А через год состоялась ее персональная выставка в Лувре – первая прижизненная экспозиция среди женщин-художниц. В 1975 г., в возрасте 90 лет Соня Делоне получила высшую награду Франции – Орден Почетного легиона.