En 2015, il tient son premier rôle au cinéma dans Le Convoi réalisé par Frédéric Schoendoerffer. La même année, il interprète Sofiane, le rôle principal de Chouf de Karim Dridi[1]. Le film est présenté en séance spéciale dans la sélection officielle au Festival de Cannes. Sa prestation lui vaut d'être pré-listé dans la catégorie révélation des César 2017.
Sofian Khammes fait aussi quelques apparitions à la télévision et dans des fictions radiophoniques. Il tourne également dans de nombreux courts-métrages dont Acide de Just Philippot, pré-sélection officielle court-métrage pour les César 2018, et Que la nuit s'achève de Denoal Rouaud, nommé dans la catégorie meilleur court-métrage et meilleur jeune espoir, au Festival Jean Carmet de Moulins[2]. Il tourne à nouveau avec Philippot dans le premier long métrage de ce dernier, La Nuée.
En 2022, Khammes obtient le rôle principal de la mini-série BRI, où il incarne Saïd, nouveau chef d'équipe de la BRI de Versailles. La série est diffusée sur Canal + à partir du 24 avril 2023.
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