Pre Sophie Leboulleux est diplômée en endocrinologie, médecine nucléaire et oncologie. Après des études de médecine et l’obtention de son diplôme de médecin en 1995 à l’Université Paris VI Pierre et Marie Curie, elle suit une formation post-graduée en endocrinologie et se spécialise en cancérologie.
En 2001, elle obtient son doctorat de médecine à l’Université Paris VI Pierre et Marie Curie et la même année son diplôme d’études spécialisées en endocrinologie et métabolisme et un diplôme d’études spécialisées complémentaires en cancérologie dans la même Faculté parisienne.
Jusqu’en décembre 2004, elle travaille dans le Service de médecine nucléaire et de cancérologie endocrinienne de l’Hôpital Gustave Roussy à Villejuif en France puis part compléter sa formation post-graduée durant 6 mois comme médecin-chercheur invité dans le Service d’endocrinologie et dans le Service de médecine nucléaire au Johns Hopkins Hospital de Baltimore aux USA. A son retour en France, elle devient praticien spécialiste des centres de lutte contre le cancer dans le Service de médecine nucléaire et de cancérologie endocrinienne à l’hôpital Gustave Roussy à Villejuif. Elle obtient un PhD en Biologie médecine et santé à l’Université Paris XI.
En novembre 2021, elle rejoint l'unité d'endocrinologie des Hôpitaux universitaires de Genève en tant que médecin adjoint, Professeure invitée. Sa recherche porte sur la prise en charge des tumeurs thyroïdiennes, du nodule thyroïdien au cancer de la thyroïde réfractaire à l'iode radioactif.
Elle est nommée Professeure associée dans le Département de médecine en novembre 2023.