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Sonja Romei studierte Gesang und Schauspiel in Wien. Seit 1990 steht sie als Schauspielerin in Österreich, und Deutschland, unter anderem bei den Festspielen Reichenau, am Rabenhof Theater, am Theater Drachengasse, am Sommertheater Stadt Haag, Stadttheater Berndorf, Theater der Jugend, der Neuen Bühne Villach, dem Metropol Wien, am Tiroler Landestheater Innsbruck, auf der Bühne. Außerdem wirkte sie in Film- und Fernsehproduktionen mit, unter anderem (in der durchgehenden Rolle der Therapeutin) in der TV-Serie „Copstories“, in „Schnell ermittelt“, „Die Toten von Salzburg – Mordwasser“. Ferner spielte sie in Kinofilmen wie „Kaviar“, „Ternitz – Tennessee“, „Der Überfall“, „Oskar und Lilli“ mit. Daneben ist sie als Sprecherin tätig und wirkt bei Hörspielen für Ö1 und den WDR mit.
Als Sängerin war sie von 2007 bis 2009 Mitglied bei der A-cappella-Gruppe 4She und begründete Lorelei Lee, deren erstes Album 2008 herauskam. 2012 folgte das zweite Album, und sie brachte mit Drew Sarich 2012 die Single Move Me heraus.
Sonja Romei ist Mitglied der Akademie des Österreichischen Films.
Seit 2019 als Dozentin für Camera Acting und Rollenarbeit tätig.