W 2023 roku wystąpiła w filmie Przysięga Ireny jako Irena Gut-Opdyke – polska pielęgniarka, która podczas Holokaustu pomagała ukrywać Żydów w piwnicy domu niemieckiego oficera, u którego pracowała jako gosposia. Światowa premiera filmu odbyła się we wrześniu 2023 roku na MFF w Toronto. 18 kwietnia 2025 roku autorka książki Girl in Pieces, Kathleen Glasgow, potwierdziła, że Sophie Nélisse wraz z Courtney Eaton wykupiły prawa do ekranizacji tej powieści. Obecnie Nélisse wciela się w rolę Rose Landry w kanadyjskim romansie sportowym Gorąca rywalizacja (od 2025).
Otrzymała wiele nominacji i nagród, w tym Nagrodę Satelita za najlepszy debiut oraz Nagrodę Hollywood Film Award.
Wybrana filmografia Filmy 2011: Pan Lazhar jako Alice L’Écuyer 2013: Złodziejka książek jako Liesel Meminger 2014: Pionek jako Młoda Joan 2015: Wielka Gilly jako Gilly Hopkins 2023: Przysięga Ireny jako Irena Gut-Opdyke
Seriale telewizyjne 2011–2016: W rodzince najlepiej jako Zoé 2019–2020: L’Échappée jako Romy Lalonde 2021–obecnie: Yellowjackets jako Shauna Shipman 2022: Transplant jako Hannah Miller 2025: L’Indétectable jako Stéphanie 2025: Gorąca rywalizacja jako Rose Landry