Zij trad tussen 1941 en 2011 op in meer dan 80 films. Haar laatste optreden was in Germaine Damar - Der tanzende Stern (2011), een documentaire over de Luxemburgse zangeres en danseres Germaine Damar. Tijdens haar leven huwde ze driemaal. Ze scheidde van haar eerste echtgenoot Rudolf Hambach in 1956. Haar tweede echtgenoot, Marek Hlasko, pleegde zelfmoord in 1969 en in 2001 overleed haar derde man, Charles Regnier. Sonja Ziemann woonde de laatste tijd in een verzorgingstehuis in München.
Op 7-jarige leeftijd volgde Ziemann balletschool. Op haar 14de zette ze een punt achter haar balletopleiding en een jaar later kreeg ze een engagement bij het bekende Berlijnse variététheater "Plaza". Nadien kende zij heel wat succes in vele operettes en revues. Bij de aanvang van de jaren 40 volgde zij een opleiding aan een toneelschool, wat in 1942 resulteerde in het bijrolletje van Bambi in de populaire komedieEin Windstoß.
Tijdens de oorlog speelde Sonja Ziemann nog in een vijftal films. Met Schwarzwaldmädel (1950), de eerste Duitse naoorlogse kleurenfilm, en Grün ist die Heide (1951), werd Ziemann het idool van het Duitse publiek. Samen met de Oostenrijkse acteur Rudolf Prack vormde zij het droomkoppel van de Duitse film. Buiten haar filmcarrière speelde ze ook toneel en trad ze op in musicals (o.a. als Eliza Doolittle in My Fair Lady uit 1962).
Na 1970 was Ziemann enkel nog sporadisch te zien op tv. In 1997 speelde zij nog in twee afleveringen van de Duitse tv-serie Park Hotel Stern.