Sophie Winkleman est née au sein d'une famille anglaise, dans le quartier londonien de Primrose Hill, de Barry Winkleman, l'éditeur de The Times Atlas of World History(en), et de son épouse Cynthia "Cindy" Black, qui est auteur de livres pour enfants. Elle est en outre la demi-soeur de la journaliste de télévision Claudia Winkleman (Mme Sven Staël Thykier), née du premier mariage de leur père avec la journaliste Eve Pollard(en) (Lady Lloyd).
La famille Winkleman est d'origine allemande et par ailleurs de confession juive[1], selon l'organe de presse The Jewish Chronicle[1].