Sonia Wieder Atherton est née en 1961 à San Francisco aux Etats-Unis. Elle intègre le CNSM de Paris dans la classe de violoncelle de Maurice Gendron. Elle étudie auprès de Mistislav Rostropovitch avant de partir deux ans étudier au conservatoire Tchaïkovski de Moscou auprès de Natalia Chakhovskaïa. Elle remporte le prix Rostropovitch en 1986, qui lance sa carrière. D'abord en tant que soliste, avec l'orchestre national de France, l'orchestre de Paris, l'orchestre national de Belgique, les philharmoniques de Liège et d'Israël, l'orchestre Gulbenkian de Lisbonne, l'orchestre philharmonique du Luxembourg, l'orchestre de la NDR de Hanovre...
Sonia Wieder Atherton sait piocher dans le répertoire classique tout en se nourrissant de compositeurs contemporains. Pascal Dusapin, Georges Aperghis, Jean-François Zygel, qui composent pour elle. Avec Au commencement Monteverdi, paru chez Sony BMG en 2001, album solo réalisé avec la participation de son ancienne professeur Natalia Charkhovskaïa au piano, Sonia Wieder Atherton se distingue sur la scène classique en associant Monteverdi à des compositeurs contemporains comme Pascal Dusapin, Henri Dutilleux ou György Kurtag.
Quelques enregistrements exceptionnels ont été gravés par Sony BMG comme En Concerto, reprenant Ravel, Bartok et Chostakovitch avec Sinfonia Varsovia sous la direction de Janos Fürst (2006) ou Shubert trio / Arpeggione Sonata (1998) avec la pianiste Imogen Cooper et le violoniste Raphaël Oleg. En 2009, elle quitte la major pour signer chez Naïve et enregistre Chant d'Est, réédite les Chants juifs avec des compositions de Jean-François Zygel ou Maurice Ravel, accompagnés de retranscriptions ou arrangements d'airs traditionnels réalisés par elle-même.
Sonia Wieder Atherton met en scène et en espace ses concerts. En 2009, elle fonde l'Ensemble Niguna, composé de cinq cordes, trois vents et une harpe, pour Chant d'Est. En 1999, elle reçoit le Grand Prix Del Duca de l'Académie des Beaux-arts.