Sofia Ionescu s-a născut pe 25 aprilie 1920, la Fălticeni. A urmat şcoala generală şi gimnaziul în oraşul natal, liceul la Şcoala de Fete ”Marica Brâncoveanu” din Bucureşti, apoi a studiat la Facultatea de Medicină, unde i-a avut profesori pe renumiții Francisc Rainer, George Emil Palade, Alfred Rusescu şi Ionescu Sineşti.
Anii săi de studenţie au coincis cu cel de-Al Doilea Război Mondial, astfel că în vacanţele de vară era nevoită să îngrijească răniţii care ajungeau în spitalele din Fălticeni. În 1943, a obţinut un post de intern la serviciul de neurochirurgie al Spitalului Nr. 9 din Bucureşti, unde din cauza războiului lucra, practic, nonstop.
A fost cooptată în echipa neurochirurgicală condusă de profesorul Dimitrie Bagdasar, întemeietorul neurochirurgiei româneşti, din care mai făcea parte și doctorul Ionel Ionescu, viitorul său soţ. Astfel, profesorul Bagdasar a contribuit la promovarea primei femei medic neurochirurg din România.
În 1944, a realizat prima operaţie pe creier. Cum doctorul Bagdasar avea o mică rană la deget, nu a a putut opera un băieţel care ajunsese la spital în comă. Sofia Ionescu a acceptat să facă prima intervenţie chirurgicală pe creier, care a reprezentat şi prima ei intervenţie de succes. După această operaţie, Dimitrie Bagdasar a fost convins de aptitudinile de neurochirurg ale Sofiei Ogrezeanu.
În 1970, şi-a însoţit o pacientă, membră a Ambasadei Franceze, la Paris şi Lyon. Medicii francezi nu puteau crede că există o femeie neurochirurg, astfel că i-au cerut să le arate mâinile, pentru a vedea dacă are o bătătură pe degetul inelar, cum au toţi neurochirurgii. Când au văzut că are o bătătură mare pe inelar şi-au dat seama că a operat de nenumărate ori.
Sofia Ionescu a continuat să opereze până în 1990, când din cauza unei cataracte a trebuit să se pensioneze. Printre pacienţii săi celebri se numără soţul Mariei Tănase, soţia lui Gheorghe Gheorghiu-Dej şi una dintre soţiile şeicului din Abu Dhabi.
Profesor universitar, membru al Societăţii Române de Istoria Medicinei, membru emerit al Academiei de Ştiinţe Medicale, a fost declarată medic-erou de către Organizaţia Mondială a Sănătăţii. A primit „Semnul de Distincţie” al Crucii Roşii, insigna „Evidenţiată în Munca Medico-Sanitară”, Diploma de Onoare ANFDUR pentru merite de excepţie, Premiul „Elisa Leonida Zamfirescu” şi Diploma de Onoare a Confederaţiei Naţionale a Femeilor din România.
A încetat din viață pe 21 martie 2008, la București.
