Регалии: Серебряный призер Олимпийских игр (2000) в беге на 5000 метров; чемпионка мира (1995) в беге на 5000 метров; серебряный призер чемпионата мира (1993) в беге на 1500 метров; 3-кратная чемпионка Европы в беге на 3000 (1994), 5000 (1998) и 10000 (1998) метров; 2-кратный серебряный призер чемпионата Европы (2002) в беге на 5000 и 10000 метров.
Родилась 28 ноября 1969 года в Кобе, графство Корк (Ирландия).
Соня О’Салливан специализировалась в беге на длинные дистанции. В 17-летнем возрасте она выиграла национальный чемпионат по кроссу среди взрослых и в 1990 году дебютировала на чемпионате Европы в хорватском Сплите, где заняла 11 место на дистанции 3000 метров.
Однако профилирующим видом для ирландской легкоатлетки был бег на 5000 метров (на этой дистанции она в 1991-м она установила мировой рекорд).
На Играх-1992 в Барселоне О’Салливан не сумела отобраться в финал в беге на 1500 метров, а на 3-километровой дистанции заняла обидное четвертое место.
В следующем олимпийском цикле Соня выиграла золотые медали на чемпионате мира-1995 в Гетеборге (5000 метров) и на чемпионате Европы-1994 в Гетеборге (3000 метров). Она считалась одной из главных претенденток на медали на Играх-1996 в Атланте, но не пробилась в финал в беге на 1500 метров, а на своей коронной 5-километровке вынуждена была сойти с дистанции из-за острой боли в желудке.
Лишь на Играх-2000 в Сиднее О’Салливан удалось «добежать» до медали – она стала второй, уступив лишь Габриэле Сабо из Румынии (на дистанции 10000 метров финишировала шестой).
Вернувшись в большой спорт после рождения второй дочери, Соня О’Салливан завоевала два серебра на чемпионате Европы-2002 в Мюнхене, но на Олимпиаде-2004 выступила неудачно. После этого приняла австралийское гражданство и собиралась в дальнейшем представлять на соревнованиях эту страну, однако от участия в Играх Британского содружества Соне пришлось отказаться из-за травмы, а в 2007 году чемпионка мира и трехкратная чемпионка Европы объявила о завершении карьеры.