Sophie Belloir découvre le violoncelle puis le chant au conservatoire de Vitré. Titulaire d'une licence de musicologie, elle poursuit ses études en classe de chant lyrique au conservatoire de Strasbourg auprès de Marie-Madelaine Koebelé, Françoise Kubler et Michelle Ledroit. Elle se produit avec l'ensemble Accroche Note (spécialisé dans le répertoire contemporain), au sein de l'académie Génération Baroque créé par Martin Gester dans la production de l'opéra de Telemann Orpheus oder die wunderbare Beständigkeit der Liebe. En août 2014, elle effectue une série de récitals au Japon avec la claveciniste Yuki Mizutani puis interprète Hippocratine dans l'opéra comique L'île de Merlin ou le monde renversé de Gluck à Dresden (en version allemande) puis Strasbourg. Elle est également lauréate du prix Soroptimist 2014.

En septembre 2016, Sophie Belloir intègre la première promotion de chant lyrique du Pôle d'Enseignement Supérieur Spectacles Vivants Bretagne/Pays de la Loire dans la classe de Stéphanie D'Oustrac et Alain Garichot. Elle y obtient son Diplôme National Supérieur Professionnel de Musicien et y rencontre Yann Barreaud, avec qui elle forme le duo « Bazar Espagol » s'intéressant particulièrement au répertoire des musiques populaires. Elle chante Mercedes dans Carmen de Bizet à l'opéra de Rennes pour une série de concerts scolaires avec l'orchestre de Bretagne en 2017 dirigé par Erki Pehk. Au cours de la saison 2017-2018 de l'opéra de Rennes, elle prend part à West Side Story (Anita) et Madame Butterfly (Suzuki) pour les concerts « Révisez vos classiques » et incarne Clotilde dans Norma de Bellini sous la baguette du Rudolf Piehlmayer. Cette saison, elle sera Kate Pinkerton dans Madama Butterfly pour Angers-Nantes Opéra.