Сонал Сегал родилась 13 июля 1981 года в Чандигархе, Индия.
Прежде чем начать актерскую карьеру, Сонал Сегал работала копирайтером в ведущих рекламных агентствах Дели. Она также ассистировала известному кинорежиссеру Прадипу Саркару, чей режиссерский дебют состоялся с фильмом Parineeta. Ее карьера началась в театре и на телевидении, где она сыграла главные роли в популярных сериалах Saara Akaash и Hotel Kingston.
На большом экране Сонал Сегал дебютировала в 2010 году в получившем признание критиков фильме Нагеша Кукунура Aashayein, где ее партнером по съемочной площадке стал Джон Абрахам. В дальнейшем она исполнила главные роли в таких фильмах, как Radio, Future to bright hai ji, Damadamm, Mantostaan и Lihaaf.
Помимо актерской деятельности, Сонал Сегал зарекомендовала себя как талантливый сценарист. Она является соавтором сценария к фильму Lihaaf, который основан на известном рассказе Исмат Чугтай. Также она написала тексты для заглавной песни фильма Future to Bright Hai ji и сингла 2018 года под названием «Saawariya».
В 2020 году Сонал Сегал выступила в качестве продюсера, выпустив свой первый индо-латвийский научно-фантастический триллер Manny. В этом фильме она также сыграла главную роль. Фильм Manny был удостоен награды за «Лучший сценарий» на UK Asian Film Festival. Сонал Сегал также написала и срежиссировала короткометражный фильм «Dancing In The Dark», посвященный проблеме расизма, связанного с кремами для осветления кожи.
Сонал Сегал была замужем за музыкантом Наирешем Камбатом, брак с которым был заключен в 2011 году и завершился разводом в 2025 году. Она также является автором книги под названием «The Day That Nothing Happened».