Wilmès lahir pada 15 Januari 1975 di munisipalitas [[Ixelles]] di [[Brussels|Wilayah Ibukota Brussels]].<ref name="whoami">{{cite web |url=https://www.sophiewilmes.be/en/who-am-i/ |work=Sophie Wilmes |accessdate=20 Juli 2020 |title=Who Am I?}}</ref> Ayahnya bernama Philippe Wilmès (d.meninggal 2010) seorang bankir dan profesor bisnis yang juga kepala staf politikus [[Jean Gol]] dari [[Partai Reformis Liberal]]. Kakek dari ayahnya meninggal saat pengeboman di [[Limal]] saat [[Perang Dunia II]].<ref>{{cite news|url=https://www.lecho.be/entreprises/services-financiers-assurances/deces-de-philippe-wilmes/8919713.html|title=Décès de Philippe Wilmès|newspaper=[[L'Echo]]|language=French|date=25 Mei 2010|access-date=20 Juli 2020}}</ref> Ibunya adalah seorang [[Yahudi]].<ref>{{Cite web|url=https://www.israelhayom.com/2019/10/31/belgium-names-first-ever-jewish-female-prime-minister/|title=Belgium names first ever Jewish, female prime minister|website=|access-date=}}</ref> Ia dibesarkan di kota [[Grez-Doiceau]] di [[Wallonia]] dan berkuliah di Brussels. Saat dewasa, ia tinggal di Sint-Genesius-Rode. Ia mempunyai gelar di bidang komunikasi terapan dan gelar lain di bidang manajemen keuangan dari [[Universitas Saint-Louis, Brussels]]. Ia lalu bekerja sebagai penasihat ekonomi dan keuangan di sebuah firma hukum.<ref name="whoami"/>
