Sophie Werenskiold studerte i München under flere ikke navngitte pedagoger fra 1876 til omkring 1880. Hun hadde en svært kort periode som aktiv kunstner, og beveget seg i denne perioden fra en senromantisk figurskildring til en mer realistisk og intim skildring av figurer og landskap. Hennes portretter fra 1870-årene, blant andre portrettet av søsteren Inga (1879, Berg-Kragerø museum) er preget av inspirasjon fra gamle mestere. Hennes senere bilder Tysk bondepike (1882) og Lesende dame på hagebenk (1882) er preget av lysere toner og inspirasjon fra friluftsmaleriet. Det siste bildet som er kjent fra hennes malervirke er et Dobbeltportrett hun utførte sammen med ektemannen Erik Werenskiold, der de portretterte hverandre. Bildene ble stilt ut i København i 1886.
Ekteskap og omsorg for barn satte en stopper for hennes videre virke som maler, og hennes senere kunstneriske virke konsentrerte seg mest om broderier og applikering i en stil påvirket av art nouveau, utført etter ektemannens akvareller.
Fra 1896 bodde hun sammen med familien på Lysaker, der de tilhørte den såkalte Lysakerkretsen.