Annelie Sophie Müller studierte Gesang in Stuttgart in der Solistenklasse von Susanna Eken in Kopenhagen. Dazu absolvierte sie ein Studium der Schulmusik mit Fokus auf Klavier und Dirigieren. In Meisterklassen von Brigitte Fassbaender, Christa Ludwig und Peter Berne ergänzte sie ihre Studien. Sie ist Mitglied der Internationalen Hugo-Wolf-Akademie Stuttgart und Stipendiatin des Richard-Wagner-Verbandes.
Bereits während des Studiums gab Annelie Sophie ihr Debüt mit Schönbergs „Pierrot Lunaire“ an der Staatsoper Stuttgart. Im renommierten Festival d‘Aix-en-Provence sang sie erstmals Mozarts Cherubino als Mitglied der Académie Européenne de Musique. 2010 wurde sie in das Opernstudio der Komischen Oper Berlin engagiert und gab ihr Hausdebüt in Barrie Koskys Produktion von Dvoraks „Rusalka“.
In ihrer zweiten Saison erregte Annelie Sophie große Aufmerksamkeit, als sie kurzfristig die Hauptrolle der Pe-Ki in Aubers „Le cheval de bronze“ unter der Leitung von Mauricio Barbacini übernahm. Für diese Partie erhielt sie eine Nominierung zur „Nachwuchskünstlerin 2012“ von der Fachzeitschrift OPERNWELT.
Von der Saison 2012/13 an führte Annelie Sophie ihre Solistentätigkeit als Ensemblemitglied der Komischen Oper Berlin fort. Sie debütierte mit vielseitigen Partien wie der Phébé in der gefeierten Produktion von Rameaus „Castor et Pollux“, als Hänsel in „Hänsel und Gretel“, als Hermia in Brittens „Sommernachtstraum“, als 2. Dame in Koskys erfolgreicher Produktion von Mozarts „Zauberflöte“, als Minerva in Monteverdis „Ulisse“, als Amando in Ligetis „Le Grand Macabre“ und erneut als Cherubino. Highlights der letzten Saison an der Komischen Oper schlossen die Zusammenarbeit mit Calixto Bieito in Puccinis "Gianni Schicchi" ein wie die Zerlina in Herbert Fritschs neuer Produktion des „Don Giovanni". Im Operettenfach gab sie ein erfolgreiches Debüt als Prinz Orlofsky in der „Fledermaus", inszeniert von Andreas Homoki und unter der musikalischen Leitung von Stefan Soltesz. Ende 2017 gab Annelie Sophie mit der Partie des Komponisten in Richard Strauss' „Ariadne auf Naxos" ein umjubeltes Partiendebüt und ihr Debüt als Strauss-Interpretin am Stadttheater Gießen.
2010 war die junge Sängerin mit Mahlers 2. Symphonie im Konzerthaus Freiburg zu Gast. Bei der Internationalen Bachakademie Stuttgart war sie mit Kantaten unter der Leitung von Helmut Rilling wie auch beim WDR-Orchester in Köln unter Stefan Parkman zu hören. Es folgte ihr Debüt mit Händels „Messiah“, allen Bach'schen Passionen und Storgé in Händels „Jephtha“. 2013 sang Annelie Sophie im Gewandhaus Leipzig die Anitra in Griegs „Peer Gynt“ unter der Leitung von Chefdirigent Kristjan Järvi und dem MDR-Orchester. Erstmals in Japan debütierte sie im gleichen Jahr mit Ravels „L‘enfant et les sortilèges“ unter Eiji Oue und dem Osaka Symphony Orchestra.
Mit großer Leidenschaft widmet sich Annelie Sophie dem Liedgesang. 2010 wurde sie mit dem 1. Preis des Internationalen Liedwettbewerbs der Hugo – Wolf – Akademie Stuttgart ausgezeichnet. Sie war Gast auf zahlreichen Festivals wie dem Schleswig – Holstein Musikfestival 2011. Dort brachte sie den eigens für ihr Duo komponierten Liederzyklus des türkischen Komponisten Fazil Say zur Uraufführung. Mit weiteren Recitals war sie bei renommierten Festivals zu hören wie dem Heidelberger Frühling mit Pianist Jonathan Ware, bei den Ludwigsburger Schlossfestspielen, mit Eric Schneider in Mainz und bei den Traunsteiner Festspielen mit Axel Bauni. Es folgten Engagements im Konzerthaus Berlin, als Gast der Hugo – Wolf – Akademie Stuttgart, in der Concert Hall Copenhagen und in der Alten Oper Frankfurt. Mit Luciano Berios Liedzyklus „Folk Songs“ gab sie 2016 ihr Debüt bei den Opernfestspielen der Staatsoper München.
