Elle naît à Dijon en 1797, de Louis Frémiet et de Sophie Monnier. Son père, fervent bonapartiste est contrôleur des impôts et sa mère est issue d’une famille d’artistes. Jeune, elle commence à prendre des cours de dessin à Dijon auprès de François Devosge.

En 1815, avec la Restauration, la famille Frémiet, comme beaucoup de bonapartistes, quitte la France et s’installe à Bruxelles. Sophie poursuit ses études auprès d’un autre exilé, le célèbre Jacques-Louis David. Elle adopte le style néoclassique de celui-ci et se fait connaître en exposant ses premières œuvres à Bruxelles et Anvers en 1818. En 1820, elle remporte le concours de l’Académie royale des beaux-arts de Gand.

Alors qu’elle commence à être une artiste en vogue, elle épouse en 1821 un sculpteur, François Rude, qui a vécu avec sa famille comme protégé de son père. Le couple s’installe à Paris en 1826 et ouvre un atelier pour enseigner leur art respectif, elle la peinture, lui la sculpture. Sophie entame une nouvelle carrière de peintre historique. Elle sert quelque fois de modèle à son époux. Ainsi, elle est représentée en Marseillaise sur l’Arc de triomphe de l’Étoile à Paris.

Leur seul enfant Amédée est décédé en 1830 et ils adoptent une nièce orpheline de Sophie, Martine Cabet, qui leur servira de modèle.

Contrairement à d’autres artistes féminines, non seulement elle n’est pas contrainte d’abandonner sa passion par son compagnon, mais elle y est encouragée. Pourtant après la mort de son mari en 1855, elle se consacre à faire connaître les œuvres de celui-ci en délaissant sa propre activité artistique.