Sophie Belloir découvre le violoncelle puis le chant au conservatoire de Vitré. Titulaire d'une licence de musicologie qu'elle termine à l'Université de la Sarre dans le cadre du programme Erasmus, elle poursuit ses études en entrant en classe de chant lyrique au conservatoire de Strasbourg où elle obtient son DEM. Elle se produit avec l'ensemble Accroche Note (spécialisé dans le répertoire contemporain), au sein de l'académie Génération Baroque créé par Martin Gester dans la production de l'opéra de Telemann Orpheus oder die wunderbare Beständigkeit der Liebe. En août 2014, elle effectue une série de récitals au Japon avec la claveciniste Yuki Mizutani puis interprète Hippocratine dans l'opéra-comique L'île de Merlin ou le monde renversé de Glück à Dresden (en version allemande) puis Strasbourg. Elle est également lauréate du prix Soroptimist 2014.
Depuis septembre 2016, Sophie Belloir a intégré la première promotion de chant lyrique du Pôle d'Enseignement Supérieur Spectacles Vivants Bretagne/Pays de la Loire dans la classe de Stéphanie D'Oustrac.
Elle y rencontre Yann Barreaud, ils forment depuis un duo de musique de chambre s'intéressant particulièrement au répertoire des musiques populaires. Le duo s'est déjà produit au Passage Ste Croix de Nantes, à La Soufflerie à Rezé, au Tambour à Rennes, au Pianorium de Saint Domineuc, au festival les Art'Scènes de Nantes, à Fougères Musicales ainsi qu'au festival La baie des sons à Saint Brieuc.
Elle chante Mercedes dans Carmen de Bizet à l'Opéra de Rennes pour une série de concerts scolaires avec l'orchestre de Bretagne en 2017 dirigé par Erki Pehk.
Au cours de la saison 2017-2018 de l'Opéra de Rennes, elle prend part à West Side Story, dans le rôle d'Anita, et sera Suzuki dans Madame Butterfly pour les concerts « Révisez vos classiques ».