Quand elle a 13 ans, sa famille s’installe à Grenoble. Agnès s'y inscrit au Conservatoire national de région et finit même par intégrer une troupe, Le Foyer Parmentier, qui se produit dans les écoles maternelles de la région. Elle débute au théâtre à Paris dans Voyage avec la drogue et la mort de Dimitri Kolatos, puis tourne son premier film à 17 ans.
C'est Claude Berri qui la révèle au grand public grâce à son rôle de jeune punk fragile dans Tchao Pantin en 1983. Son rôle lui vaut une nomination aux Césars. Dans les années 1980, elle apparait chez Yves Boisset, Denys Granier-Deferre et Jean-Marie Poiré. Moins présente dans les années 1990, elle s'investit davantage au théâtre, puis à la télévision, où elle tourne plusieurs téléfilms.
Elle a réalisé un court métrage Ça boum et assuré la mise en scène de la pièce Train de vie de Nathalie Mongin au Théâtre de la cartoucherie.
En 2006, elle participa à l'émission Je suis une célébrité, sortez-moi de là !. Elle a également participé à l'émission Vis ma Vie intitulée "Agnès Soral : toiletteuse pour chiens".
En 2007, elle se produit dans un one woman show intitulé Agnès Soral aimerait bien vous y voir.
En 2011, elle soutient publiquement le Chef Raoni dans son combat contre le barrage de Belo Monte.