Sonja Wehsely studierte Pädagogik und Psychologie, ab 1989 Rechtswissenschaften an der Universität Wien. Nach der Sponsion zur Magistra der Rechtswissenschaften folgte 1996 die Gerichtspraxis; danach arbeitete Sonja Wehsely bis 2004 als Juristin in einer Versicherung.

Ihre politische Laufbahn begann schon früh: Von 1984 bis 1993 engagierte sie sich in der Sozialistischen Jugend in der Leopoldstadt, deren Vorsitzende sie 1989 wurde. Von 1990 bis 1994 war Wehsely Mitglied im Bundesvorstand der Sozialistischen Jugend, von 1992 bis 1993 Vorsitzende der Sozialistischen Jugend Wien. Seit 1995 war sie auch Mitglied des Bezirksvorstands der SPÖ Leopoldstadt.

Von Beginn ihrer politischen Arbeit an engagierte sich Wehsely besonders in der Jugend-, Frauen- und Sozialpolitik. So wirkte sie u.a. maßgeblich am neuen Kindertagesheimgesetz oder an der Novelle zum Wiener Prostitutionsgesetz mit. Als Erfolg ihrer Bemühungen im Bereich der Jugendpolitik sieht Wehsely auch den Beschluss des Demokratiepaketes in Wien an, das Jugendlichen auf Bezirks- und Landesebene bereits mit 16 Jahren das aktive Wahlrecht ermöglicht.

1996 wurde Sonja Wehsely Abgeordnete zum Wiener Landtag und Mitglied des Gemeinderats und war mit 26 Jahren zum damaligen Zeitpunkt das jüngste Mitglied des Stadtparlaments. Seit Juli 2004 war sie als Amtsführende Stadträtin der Geschäftsgruppe Integration, Frauenfragen, Konsumentenschutz und Personal tätig.

2007 wurde Sonja Wehsely als Nachfolgerin von Renate Brauner Amtsführende Stadträtin für Gesundheit und Soziales. Anfang 2017 gab Wehsely ihren Wechsel in die Privatwirtschaft bekannt; als Gesundheitsstadträtin folgte ihr die bisherige Bildungsstadträtin Sandra Frauenberger nach.