Su carrera inició cuando fue elegida para ser la vocalista de la Sonora Santanera (1961), ya que la agrupación buscaba a una mujer para ser parte del grupo, además de que el director artístico de la empresa Columbia Records (hoy Sony), la recomendó para hacer grabaciones con el grupo.
Sonia grabó a los 15 años, con la Sonora Santanera, el álbum "Azul", cuyo éxito provocó que la fama le llegara muy pronto, sobre todo porque el material fue un éxito absoluto, donde todos los temas estuvieron en las listas de popularidad, como: "El ladrón", "El nido", "Lo que más quisiera", "Pena negra", "Por un puñado de oro" y otros más.
Al año siguiente emprendió exitosamente su carrera como solista, y logró colocar en altos índices de popularidad algunos boleros: "Enemigos", "Castigo", "No me quieras tanto", etc. Nunca se supo en realidad cuál fue el motivo del rompimiento de Sonia López con la Sonora Santanera.
Existen varias versiones: los salarios, los contratos en sus actuaciones, problemas con la casa grabadora y otros.
[cita requerida] Además de cantar con la Sonora Santanera, también realizó grabaciones con el trío Los Tres Ases.