Soha Ali Khan mendapatkan pendidikan di The British School di New Delhi, kemudian melanjutkan studi sejarah modern di Balliol College, Oxford, dan meraih gelar magister dalam Hubungan Internasional dari London School of Economics and Political Science.
Soha memulai debut aktingnya dengan film Bollywood Dil Maange More!!! (2004). Ia juga tampil dalam film Bengali Antar Mahal (2005), dan menjadi bagian dari Rang De Basanti (2006). Penampilannya dalam film tersebut mendapatkan ulasan positif dan meraih penghargaan IIFA Award for Best Supporting Actress serta nominasi untuk Filmfare Award for Best Supporting Actress. Soha juga tampil dalam Khoya Khoya Chand dan film tahun 2009, 99. Film berikutnya adalah Tum Mile, bersama Emraan Hashmi. Soha menjadi pembawa acara game show Godrej Khelo Jeeto Jiyo dan juga tampil dalam film Mr Joe B. Carvalho. Pada tahun 2017, Soha Ali Khan merilis buku debutnya, The Perils of Being Moderately Famous, yang berisi kumpulan anekdot lucu tentang kehidupannya sebagai putri kerajaan. Pada tahun yang sama, ia juga berakting dalam film pendek Soundproof yang disutradarai oleh Aditya Kelgaonkar. Film tersebut ditayangkan di berbagai festival film dan memenangkan penghargaan di New York Indian Film Festival, Indian Film Festival of Houston, Ottawa Indian Film Festival Awards, International Documentary and Short Film Festival of Kerala, dan Belgaum International Short Film Festival.
Secara pribadi, Soha Ali Khan Pataudi bertunangan dengan aktor Kunal Khemu pada bulan Juli 2014 di Paris dan menikah dengan dia di Mumbai pada tanggal 25 Januari 2015. Mereka memiliki seorang putri bernama Inaaya Naumi Khemu yang lahir pada 29 September 2017.
Selain berkarir di dunia akting, Soha juga menjadi penulis dan meraih penghargaan Crossword Book Award untuk bukunya. Ia juga aktif di media sosial seperti Twitter, Facebook, dan Instagram.