宋佳出生于黑龙江省哈尔滨市，8岁起跟随月琴演奏者冯少先学习柳琴，高中就读于沈阳音乐学院附属中等音乐学校。2000年，考入沈阳音乐学院，却偶然在学姐范志博的提议下，报考了上海戏剧学院表演系并被录取，而她也在上海戏剧学院表演系本科学士毕业后正式走上了演艺之路。
2001年，她因参演由魏春光、吴雨桥主演的电视剧《其实不想走》而出道，在剧中饰演上海富家女秦佩佩。
2002年，她参演由保剑锋、方圆主演的喜剧片《越活越精彩》，在片中饰演女二号刘雨。
2003年，宋佳与佟大为、孙兴等共同出演电视剧《非常浪漫》，在剧中饰演公司老板家辉的女友姗姗。
2004年，宋佳与张智霖、钟汉良共同主演古装武侠电视剧《逆水寒》，在剧中饰演顾惜朝的妻子傅晚晴。
2006年，宋佳与刘嘉玲、胡军共同的电影《好奇害死猫》上映，她也因此获得了第26届中国电影金鸡奖最佳女配角提名，并开始在电影圈崭露头角。
2007年，宋佳与李幼斌、萨日娜等人共同主演电视剧《闯关东》，在剧中饰演敢于坚持自己的想法、追求所爱且善良淳朴的农家姑娘谭鲜儿，她也在该剧播出后开始被更多观众认识。
2008年，宋佳在吴宇森执导的电影《赤壁》中饰演曹操的女人骊姬；同年，推出首张个人专辑《能不能幸福》。
2010年，宋佳与郭涛、刘德凯共同主演的都市情感剧《大女当嫁》首播，宋佳在剧中饰演白皙漂亮的某不知名职高教导主任姜大雁；11月，宋佳与邵兵、常戎等人合作主演的谍战剧《白狼》播出，在剧中饰演一个富贵人家的大家闺秀，精通琴棋书画，在经历了国仇家恨后，被迫成为土匪的白晓月。
2011年，宋佳参加央视春节联欢晚会，并与冯巩、牛莉、刘金山共同表演了相声剧《还钱》；同年，与李晨合作主演的家庭情感剧《风车》播出，在剧中饰演性情刚烈、正直善良的何爽；4月8日，与何润东搭档主演的爱情冒险电影《西藏往事》公映，其在片中饰演了一个纯真质朴到有些慑人心魄的藏族女子雍措；7月，其出演的历史人物剧《孔子春秋》播出，她在剧中饰演孔子的母亲颜徵在；此外，她还在年底公映的抗战片《遍地狼烟》中饰演一个丧父的茶馆老板娘枊烟。
2012年，她与张嘉益搭档主演的谍战剧《悬崖》首播，其在剧中饰演的是聪明过人的中共地下工作者顾秋妍，而她也凭借该剧接连获得第18届上海电视节白玉兰奖最佳女演员奖、第26届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员奖，以及第9届中国金鹰电视艺术节最佳表演艺术奖；6月1日，与吴镇宇合作主演的爱情电影《热爱岛》上映，她在片中饰演因一场意外而失去行动能力的舞蹈演员泛丽；10月22日，主演的战争剧《圣天门口》首播，其在剧中饰演的女主角阿彩美丽出众，性情直率，虽是土匪之女，却最终成长为了坚定的革命战士；此外，她还在年底播出的都市励志剧《那样芬芳》中饰演了坚韧倔强的女主角荣芬芳。
2013年，其与陈思诚、万茜等人共同主演的都市剧《小儿难养》首播，在剧中饰演了做事计划周详，雷厉风行的职场女强人简宁；3月8日，与黄觉合作主演的剧情电影《萧红》公映，她在片中饰演充满才华却红颜命薄的近代女作家萧红，凭借该片获得第29届中国电影金鸡奖最佳女主角奖、第九届中美电影节最佳女演员奖；11月，与廖凡、夏雨、白百何联袂主演的都市剧《我们这拨人》播出，在剧中饰演爱好自由的摄影师牧歌。
2014年，其与张嘉益、朱锐等人合作主演的年代情感剧《爷们儿》首播，在剧中饰演温柔贤惠，天大的事儿自己心中都能扛得住的女人陈丽；12月，宋佳与张嘉益、胡歌合作主演的战争剧《四十九日·祭》在湖南卫视播出，她在剧中饰演的是敢爱敢恨，充满柔情却又不失刚毅的秦淮河畔头牌玉墨。
2015年，宋佳担任第21届上海电视节白玉兰奖评委；12月10日，与廖凡搭档主演的动作片《师父》上映，宋佳在片中饰演妩媚多情、坚决果敢的天津女人赵国卉；此外，她还在年底播出的年代剧《少帅》中饰演了富商于文斗之女于凤至。
2016年，她与包贝尔、朱亚文联合主演的爱情喜剧电影《陆垚知马俐》首映，她在片中饰演的时尚买手马俐，同时凭借该片获得了第31届中国电影金鸡奖最佳女主角提名；此外，宋佳还为该片演唱了主题曲《花》；12月13日，其参演的短片《最美表演》在网络上播出，宋佳在片段《柳琴》中饰演一位柳琴表演艺术家；12月30日，与林家栋、颜卓灵联袂主演的犯罪悬疑电影《那年夏天你去了哪里》上映，在电影中饰演心理医生袁宁静。
2017年，其与刘德华、姜武合作主演的警匪动作片《拆弹专家》在中国内地首映，其在电影中饰演很独立坚强的女教师Carmen；7月27日，其与众多艺人共同出演的人民解放军建军90周年献礼片《建军大业》在中国大陆上映，宋佳在片中饰演宋氏三姐妹之一，革命先贤宋庆龄。
2018年，宋佳担任第21届上海国际电影节“亚洲新人奖”国际影片评选委员会评委；9月30日，其特别出演的由包贝尔执导的喜剧动作片《胖子行动队》首映，她在片中饰演的是一位特工美女；11月13日，发行音乐专辑《HER》。
2019年，由宋佳主演的古装爱情喜剧片《破阵子》杀青，片中饰演白虎荡美丽的寡妇徐娘；4月4日，其与井柏然、马思纯、秦昊等人共同主演的悬疑犯罪电影《风中有朵雨做的云》上映，在电影中饰演唐奕杰的妻子林慧；4月29日，宋佳演唱的单曲《给小花》上线；5月，担任第13届FIRST青年电影展创投会评委；6月，与王大陆搭档主演的奇幻冒险电影《超级的我》上映；9月30日，由陈凯歌担任总导演的新中国成立70周年献礼片《我和我的祖国》上映，宋佳在文牧野执导的《护航》单元中饰演英姿飒爽的女飞行员吕潇然；同年，与章宇、王砚辉合作主演悬疑剧《风平浪静》；11月22日，与王千源、冯远征联袂主演的犯罪悬疑电影《你是凶手》上映，她在片中饰演身患绝症的母亲白兰；年底，宋佳的音乐专辑《在外面》发行，专辑内收录了包括《听见就好》、《不见》、《放大》、《风中有朵雨做的云》等在内的10首歌曲。
2020年，与佟大为、蒋欣联合主演电视剧《小舍得》开机，在剧中饰演事业有成、儿女双全的妈妈南俪；8月19日，与喻恩泰、刘敏涛、黄觉等共同主演的都市情感悬疑剧《白色月光》优酷播出，在剧中饰演建筑设计师张一；8月10日，与袁弘搭档主演的都市情感剧《生活像阳光一样灿烂》播出，她在剧中饰演冷面杀手HR白灿烂；8月14日，为电视剧《生活像阳光一样灿烂》演唱主题曲《陪着你》；10月，主演的现代都市剧《纵有疾风起》在杭州开机，在剧中饰演烁冰。
诗眼倦天涯 2020 饰演文散春 导演徐浩峰 主演陈坤、周迅、耿乐、黄觉
你是凶手 2019-11-22 饰演白兰 导演王昱 主演王千源、冯远征、李九霄、马晓晴
我和我的祖国 2019-9-30 饰演吕潇然 导演陈凯歌、文牧野 主演佟丽娅、张子枫、雷佳音、韩东君
欲念游戏 2019-4-12 饰演婴儿母亲 导演郭涛 主演郭涛、张子枫、姜潮、盖玥希
风中有朵雨做的云 2019-4-4 饰演林慧 导演娄烨 主演井柏然、陈妍希、马思纯、张颂文
超级的我 2019 饰演花儿 导演张翀 主演王大陆、曹炳琨、吴刚、金燕玲
破阵子 2019 饰演徐娘 导演董天翼 主演绫野刚
诗人 2019 饰演陈蕙 导演刘浩 主演朱亚文
风平浪静 2019 饰演潘晓霜 导演李霄峰 主演章宇、王砚辉、李鸿其、邓恩熙
胖子行动队 2018-9-30 饰演特工美女 导演包贝尔 主演包贝尔、文章、李成敏、郭京飞
建军大业 2017-7-27 饰演宋庆龄 导演刘伟强 主演刘烨、朱亚文、黄志忠、王景春
拆弹专家 2017-4-28 饰演Carmen 导演邱礼涛 主演刘德华、姜武、吴卓羲、姜皓文
冰之下 2017 饰演冰冰 导演蔡尚君 主演黄渤、小沈阳、刘桦、尤勇智
那年夏天你去了哪里 2016-12-2 饰演袁宁静 导演周隼 主演胡歌、林家栋、颜卓灵、顾美华
陆垚知马俐 2016-7-15 饰演马俐 导演文章 主演包贝尔、朱亚文、焦俊艳、吕云骢
我的特工爷爷 2016-4-1 饰演春花妈妈 导演洪金宝 主演洪金宝、刘德华、陈沛妍、李勤勤
师父 2015-12-11 饰演赵国卉 导演徐皓峰 主演廖凡、蒋雯丽、金士杰、宋洋
萧红 2013-3-8 饰演萧红 导演霍建起 主演黄觉、张博、王仁君、吴超
热爱岛 2012-6-1 饰演泛丽 导演甘国亮 主演任达华、张震、吴镇宇、陈冲
遍地狼烟 2011-12-2 饰演柳烟 导演胡大为 主演何润东、梁家辉、何晟铭、郭明翔
幸福速递 2011-11-20 饰演李洁 导演李光洁 主演张嘉倪、杜淳、薛佳凝、袁文康
西藏往事 2011-4-8 饰演雍措 导演戴玮 主演乔什·汉纳姆、何润东、朱子岩、包小柏
用心跳 2011 饰演友情客串 导演关锦鹏 主演司雯、马臣搏、蔡鹏飞、王勇翔
李小龙我的兄弟 2010-11-25 饰演于素秋 导演文隽、叶伟民 主演李治廷、梁家辉、钟丽缇、叶璇
大内密探零零狗 2009-7-30 饰演彩云公主 导演王晶 主演徐熙媛、古天乐、吴君如、樊少皇
赤壁（下） 2009-1-7 饰演骊姬 导演吴宇森 主演梁朝伟、金城武、张丰毅、张震
赤壁（上） 2008-7-10 饰演骊姬 导演吴宇森 主演梁朝伟、金城武、赵薇、林志玲
桃花运 2008-11-20 饰演林聪 导演马俪文 主演葛优、邬君梅、梅婷、郭涛
救我 2008 饰演姜妍 导演张琦 主演石凉、朱宏嘉、阿斯茹、刘波
爱情呼叫转移 2007-2-28 饰演罗燕燕 导演张建亚 主演徐峥、刘仪伟、范冰冰、黄圣依
大电影之数百亿 2006-12-29 饰演智贤 导演阿甘 主演曾志伟、黄渤、姚晨、焦阳
好奇害死猫 2006-10-12 饰演粱晓霞 导演张一白 主演胡军、刘嘉玲、廖凡、林园
谈谈心恋恋爱 2006-1-16 饰演林巧儿 导演周永才、曹荣 主演张博、方晓鸽、马赫遥、刘紫懿
天黑请闭眼 2004-4-1 饰演蒙蒙 导演阿甘 主演王志文、吴倩莲、廖凡、于娜
非常浪漫 2003-6-26 饰演姗姗 导演阿甘 主演佟大为、孙兴、倪虹洁、赵达
午夜惊魂 2003-8-22 饰演陈蕾 导演李歇浦 主演彭丹、李宗翰
小舍得2021 饰演南丽 导演张晓波 主演佟大为、蒋欣、李佳航、张国立
白色月光2020-8-19 饰演张一 导演刘紫微 主演喻恩泰、刘敏涛、黄觉、宋宁峰
生活像阳光一样灿烂2020-8-10 饰演白灿烂 导演赵轶超 主演袁弘、刘芸、涂松岩、李萍
欢喜猎人2020-5-29 饰演太奶奶 导演沈煜杰、李楠、马艺恒 主演包贝尔、贾玲、张小斐、包文婧
盛装2020 饰演陈开怡 导演五百 主演陈赫、袁咏仪、宋祖儿、王耀庆
九年2016-9-20 饰演唐申申 导演张黎、刘淼淼 主演谷智鑫、郭涛、耿乐、蒋依依
少帅2015-12-29 饰演于凤至 导演张黎 主演文章、李雪健、张歆怡、黄品沅
嘿，老头！2015-3-26 饰演易爽 导演杨亚洲 主演黄磊、李雪健、吴冕、陈明昊
四十九日·祭2014-12-1 饰演玉墨 导演张黎 主演张嘉益、胡歌、黄志忠、张歆怡
爷们儿2014-9-23 饰演陈丽 导演刘惠宁 主演张嘉益、左小青、朱锐、奚美娟
极品女士第三季2014-9-3 饰演出演 导演刘嘉殷 主演于莎莎、大鹏、姚晨、乔任梁
我们这拨人2013-11-1 饰演牧歌 导演刘心刚 主演夏雨、廖凡、郭京飞、白百何
小儿难养2013-1-22 饰演简宁 导演曹盾 主演陈思诚、万茜、王耀庆、王思思
那样芬芳2012-12-12 饰演荣芬芳 导演安建 主演耿乐、郭京飞、黄梅莹、冯雷
大男当婚2012-10-7 饰演赵凯 导演孙皓、张晓波 主演徐峥、马苏、张歆艺、车晓
悬崖2012-1-3 饰演顾秋妍 导演刘进 主演张嘉益、咏梅、程煜、徐程
圣天门口2011-9-13 饰演阿彩 导演张黎、刘淼淼 主演段奕宏、袁文康、柯蓝、黄志忠
孔子春秋2011-7-25 饰演颜徵在 导演张黎、刘淼淼 主演朱刚日尧、王学圻、孙淳、袁文康
风车2011-4-5 饰演何爽 导演孔笙 主演李晨、霍思燕、杨立新、韩童生
白狼2010-11-22 饰演白晓月 导演苏舟、王响林、林峰 主演邵兵、常戎、吕平滢、金晶
天地民心2010-7-3 饰演含黛格格 导演苏舟 主演成泰燊、袁弘、王洛勇、赵鸿飞
大女当嫁2010-4-3 饰演姜大雁 导演孙皓 主演郭涛、张铎、于小伟、周杰
红色摇篮2010-1-16 饰演钩吻草 导演金韬 主演王霙、王伍福、张秋歌、刘劲
雾里看花2009-10-9 饰演黄忆江 导演钟少雄、樱子 主演邢佳栋、李幼斌、朱妍、张博
跟我的前妻谈恋爱2009-9-14 饰演俞晓红 导演戚健 主演耿乐、史光辉、陈丽娜、刘冠军
中国往事2008-11-25 饰演郑玉楠 导演张黎 主演张国立、朱雨辰、朱茵、赵立新
最后的较量2008-11-5 饰演林茶茶 导演李京 主演李婉僮、李潮均、周明汕、贾娅
红日2008-5-12 饰演黎青 导演苏舟 主演尤勇、李幼斌、杜雨露、耿乐
故乡的云2007-7-30 饰演梁思禹 导演李舒 主演石凉、苏瑾、寇振海、王冰
闯关东2008-1-2 饰演谭鲜儿 导演张新建、孔笙 主演李幼斌、萨日娜、牛莉、刘向京
在外面 2019-12-30
给小花 2019-04-29
花 2016-07-29
能不能幸福 2008-03-09
女人的梦 2007-12-18
HER 2018-11-13
陪着你 2020-8-12 电视剧《生活像阳光一样灿烂》主题曲
给小花 2019-04-29
一场游戏一场梦 2019-04-04 《风中有朵雨做的云》电影主题曲
Her 2018-04-16
花 2016-07-29 2016年电影《陆垚知马俐》主题曲
一年级 2014-10-13 2014年湖南卫视《一年级》主题曲
成长 2012 2012年电视剧《那样芬芳》插曲
风云 2011 2011CCTV体坛风云人物年度评选颁奖盛典主题曲
彩虹的尽头 2011 2011年电影《遍地狼烟》主题曲
2009年12月，宋佳受邀赴香格里拉尼西乡进行“非物质文化遗产”保护活动，宋佳参加了尼西完小的保护学习基地揭牌仪式，也获赠了当地政府授予的非遗保护大使的称号。
2010年4月，宋佳通过中国红十字基金会向青海玉树灾区捐款10万元。
2012年，宋佳担任“边境童话”公益慈善活动形象大使。2013年，雅安地震时，宋佳受邀出席某品牌签售活动，活动当天向四川雅安捐款10万元，并在现场爱心呼吁大众向地震灾区伸出援手。
2016年1月5日，宋佳被联合国正式授予“联合国环境署可持续消费项目倡导者”称谓。6月6日，宋佳受邀出席由联合国环境规划署、同济大学等共同举办的“2016国际学生环境与可持续发展大会”，联合国环境规划署环境政策执行司副司长莫妮卡·麦克德维特女士并亲自为宋佳颁发了倡导者证书。
2019年3月30日，作为WWF中华白海豚推广大使，参与#地球一小时#，呼吁关注并保护中华白海豚，关注海洋保护和生物多样性。
2020年2月，宋佳参与演唱的文艺界抗击疫情主题歌曲《坚信爱会赢》上线；10月18日，担任中国视协新文艺组织和新文艺群体工作委员会委员。
2020-8-24 第11届中国电影导演协会2019年度表彰大会获年度女演员奖 风中有朵雨做的云 （提名）
2020-01-07 2019腾讯娱乐白皮书年度电影品质演员 （获奖）
2019-12-19 MAHB时尚先生盛典“年度电影演员” （获奖）
2019 知乎2019小蓝星电影榜年度演员 风中有朵雨做的云、我和我的祖国 （获奖）
2016-06 第1届微博电影之夜QUEEN （获奖）
2016 时装L'OFFICIEL年度盛典年度最时尚演员 （获奖）
2016 2017爱奇艺尖叫之夜年度最佳角色塑造电影演员 （获奖）
2015 爱奇艺之夜 最佳角色塑造 嘿，老头！ （获奖）
2014 搜狐网“年度电视剧明星”奖 （获奖）
2014 爱奇艺尖叫之夜 年度最佳演艺表现 （获奖）
2013 奇艺网“友谊万岁”奖 （获奖）
2013 新京报时尚权力榜 “年度风尚人物大奖最佳演员”奖 （获奖）
2013 BQ明星价值榜“最具价值女演员”奖 （获奖）
2013 BQ红人榜“年度最佳演员”奖 （获奖）
2013 乐视网 “年度电影最具实力演员”奖 萧红 （获奖）
2011 参与春晚相声获相声类一等奖 还钱 （获奖）
2011 奇艺年度盛典最具突破演员大奖 大女当嫁 （获奖）
2011 2011秋季视频电视剧盛典“最佳女主角奖” 风车 （获奖）
2009 第27届中国电视剧飞天奖 闯关东、中国往事 （获奖）
2019-12 粤港澳大湾区电影行业大会暨电影之夜年度女主角 风中有朵雨做的云 （获奖）
2016-05 第16届华语电影传媒大奖最佳女演员奖 师父 （提名）
2016-01 第1届金羊奖澳门国际电影节最佳女演员 师父 （获奖）
2015-00 第二届中美国际电视节年度最具影响力演员奖 嘿，老头！ （获奖）
2015-00 第3届新西兰亚太电影节最具实力女演员奖 萧红 （获奖）
2013-12 第1届温哥华华语电影节红枫叶奖最佳女主角 萧红 （获奖）
2013-11 第九届中美电影节最佳女演员奖 萧红 （获奖）
2013-03 2012中国电视剧年度明星盛典十佳女演员 （获奖）
2013-01 第1届电视剧导演工作委员会表彰大典优秀女主角 悬崖 （获奖）
2012-12 第55届亚太影展最佳女演员 萧红 （提名）
2010-09 第16届北京影视春燕奖最佳电影女配角 好奇害死猫 （获奖）
2017-08 第31届中国电影金鸡奖最佳女主角 陆垚知马俐 （提名）
2013-09 第29届中国电影金鸡奖最佳女主角 萧红 （获奖）
2007-09 第26届中国电影金鸡奖最佳女配角 好奇害死猫 （提名）
2016-05 第22届上海电视节-白玉兰奖最佳女主角 少帅 （提名）
2012-06 第18届上海电视节-白玉兰奖最佳女主角 悬崖 （获奖）
2016-05 第23届北京大学生电影节最佳女演员 师父 （提名）
2016-03 第7届中国电影导演协会年度女演员 师父 （提名）
2014-03 第5届中国电影导演协会年度女演员 萧红 （提名）
2013-12 第15届中国电影华表奖优秀女演员 萧红 （提名）
2013-09 第29届中国电视剧飞天奖优秀女演员 悬崖、圣天门口 （提名）
2012-09 第26届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧女演员奖 悬崖 （获奖）
2012-09 第9届中国金鹰电视艺术节最佳表演艺术奖 悬崖 （获奖）
宋佳是个耐看、聪明、有悟性的人，有表演品位，在电影《悬崖》中，她的表演收放自如。同时，宋佳对人物性格的理解也很准确，懂得创造，表演有张力，聪明且领悟力强，并是一个很敬业的演员。此外，她的语言里还带着一种力量感。在电影《热爱岛》中，几乎素颜出镜的宋佳清新自然，其对所饰演角色的心理变化有着精彩演绎，很好地诠释了角色在爱情危机中面对爱情的态度。而其在“愚公移山音乐节”活动中也同样展现她的魅力。（上戏老师李志舆、导演阿甘、胡军、徐皓峰、演员朱亚文、新浪娱乐、新华网评）
宋佳凭借大胆性感的表演，成为影片《好奇心害死猫》中最大的亮点，有人说她会成为中国的莫妮卡·贝鲁奇。在片中，宋佳准确塑造出了一个风骚粗俗又可悲可怜的发廊女形象。而戏外的她却往往白衬衫、牛仔裤，一袭黑色披肩长发，清纯可人。早年主修中国古典乐器柳琴的经历使她颇具艺术气质，清新洒脱的个性更让她得到了颇多观众的喜爱。（新浪娱乐评）
微博上的宋佳喜欢分享自己吃吃喝喝的生活，不难看出这是一个大大咧咧的爽朗姑娘。而除了因为多部高品质影视作品及多个专业奖项的肯定奠定了宋佳在专业方面的地位外，其健康时尚的形象也给大众留下了深刻印象。（新浪娱乐评）
在宋佳所出演的影视作品中，少有现代都市爱情剧，更多的是一些具有时代感的个性人物。如《闯关东》中的宋佳上山场、下水场、做土匪；《萧红》中的宋佳离家出走、顽强生存；《师父》中的宋佳独立傲骨，她饰演的每个角色都充满了挑战。而其在影片《风中有朵雨做的云》中饰演的林慧虽跨度极大却也尤为吸引人。（凤凰网娱乐）
宋佳一组杂志时尚性感写真中。在米兰街头尝试了多个造型，无论是黑色镂空连衣裙，还是牛仔套装都展现了其“花帅”的气质，而米奇图案和俏皮的表情更是突显了她可爱的一面。（网易女人评）
在电影《非常浪漫》中，宋佳唱《双截棍》、玩性格、打桌球、当佟大为的爱情顾问，把一个可爱、善良又充满浪漫的现代女孩“姗姗”刻画得入木三分。而在情感剧《风车》中饰演小姨一角的宋佳则成功塑造了一个秉持着敢爱敢恨，爱情至上的女主角。然而她的精彩生命却因为殉情而戛然而止，这也让看剧的观众都感到了遗憾，那个性情刚烈、泼辣倔强、正直善良又不合时宜的何爽姑娘，被宋佳塑造得如此鲜活灵动，一点儿也不象虚构的人物。。（新浪娱乐、腾讯娱乐综合评）
宋佳在电影《遍地狼烟》片中的表演特别主动，比如激情戏，如果女演员放不开那男演员会很难堪，进入不了角色。而宋佳不但没有扭扭捏捏，还能主动迎合何润东，将两人一同带入戏份中。（新浪娱乐评）
