studierte 2001–2005 Regie am Max-Reinhardt-Seminar in Wien. Bereits während des Studiums inszenierte sie mehrere Hörspiele für den Bayerischen Rundfunk (BR) und publizierte ein Drehbuch zu Der Mann ohne Eigenschaften von Robert Musil. Anna Badora holte sie als Regieassistentin 2006 bis 2008 an das Schauspielhaus Graz, dort folgten mehrere eigene Inszenierungen. Von 2008 bis 2021 arbeitete sie als freie Regisseurin, u. a. am Düsseldorfer Schauspielhaus, Berliner Ensemble, Schauspiel Stuttgart, Schauspiel Frankfurt, Staatstheater Nürnberg, Theater Heidelberg, Schauspielhaus Graz, Theater Aachen, Theater Münster und am Residenztheater München. Ihre Inszenierung "Das Himbeerreich" wurde 2014 zum NRW-Theatertreffen eingeladen. 2015 und 2016 arbeitete Sonnenbichler als Gastdozentin für Schauspiel an der UdK Berlin.

Seit der Spielzeit 2016/17 ist sie Hausregisseurin und seit Beginn des Jahres 2022 Oberspielleiterin am Düsseldorfer Schauspielhaus. Ab der Spielzeit 2026/27 übernimmt sie die Intendanz am Theater Heidelberg.