Die The Mick-Darstellerin ist die Tochter des Richters Anthony V. D'Elia, der am Superior Court of New Jersey einen Sitz hat. Ihr Vater hat italienische Wurzeln, ihre Mutter ist jüdisch.
Sofia Black-D'Elia wächst in North Jersey mit ihrem älteren Bruder Kyle auf. Bereits mit fünf Jahren beginnt sie Tanzunterricht am Broadway Bound zu nehmen. Später erkennt sie ihre Affinität für das Schauspielen und nimmt an Vorsprechen für Film und Fernsehen teil. Im Alter von 17 Jahren ergattert sie ihre erste große Rolle und ist in einer wiederkehrenden Rolle in 26 Episoden der Serie All My Children (2009/10) als Bailey zu sehen. Anschließend bekommt sie das Angebot den Cast von Skins (US) als Tea zu ergänzen. In der finalen Staffel Gossip Girl ist Black-D'Elia 2012 als Sage zu sehen.
2015 übernimmt sie eine Hauptrolle in der SciFi-Serie The Messengers als Erin, zwei Jahre darauf ist sie in der Comedy „The Mick“ zu sehen. 2016 sieht man die Darstellerin in der gefeierten Miniserie The Night Of zu sehen, nebenbei ergattert sie so manche Filmrolle, darunter die der Tirzah Ben-Hur in dem Remake „Ben Hur“. Seit 2022 ist sie in der Titelrolle der Sam in der US-Serie Single Drunk Female zu sehen.
Sofia Black-D'Elia lebt und arbeitet derzeit in New York City. Sie ist mit dem amerikanischen Regisseur und Fernsehproduzent Henry Joost leiert.