Sonego spielte zunächst von 2013 bis 2015 auf der Future Tour. Erstmals fürs Hauptfeld eines Future-Turniers qualifizieren konnte er sich im Juli 2014, seine ersten beiden Matches gewann er einen Monat später. 2015 gewann er je zwei Titel im Einzel und im Doppel auf der Future-Tour. Erstmals im Hauptfeld eines Challenger-Turniers stand er per Wildcard im Mai 2015, wo er direkt sein erstes Match gewinnen konnte. 2016 spielte er nur auf der ATP Challenger Tour, wo er einmal das Halbfinale eines Turniers erreichte, und trat außerdem bei drei ATP-Turnieren an. Zweimal scheiterte er in der Qualifikation, beim Masters in Rom kam er durch eine Wildcard zu seinem Debüt auf der ATP World Tour. Er traf auf den Portugiesen João Sousa, gegen den er in drei Sätzen verlor. 2017 spielte Sonego sowohl auf der Future- als auch auf der Challenger-Tour. Innerhalb von etwas mehr als einem Monat erreichte er im Herbst 2017 fünf Einzel-Finals in Folge – drei bei Future- und zwei bei Challenger-Turnieren. Anfang Oktober gewann er zunächst sein drittes Future-Turnier; zwei Wochen später errang er seinen ersten Titel auf der ATP Challenger Tour in St. Ulrich in Gröden. Außerdem gewann er in diesem Jahr einen Challenger-Titel im Doppel. 2018 war Sonego erstmals bei allen vier Grand-Slam-Turnieren am Start, wo er bei den Australian Open und den US Open jeweils die zweite Runde erreichte. Nach seinem Titelgewinn beim Challenger-Turnier von Genua im September schaffte Sonego mit dem 90. Rang zum ersten Mal den Sprung in die Top 100 der Weltrangliste.
2019 gelangen Sonego einige gute Ergebnisse bei ATP-Turnieren. In Monte-Carlo kam er erstmals bei einem Masters-Turnier ins Viertelfinale, in Kitzbühel erreichte er das Halbfinale des dortigen ATP-250-Turniers. Sein größter Erfolg war der Turniersieg Ende Juni in Antalya, wo er gegen drei gesetzte Spieler erfolgreich war und das Finale nach verlorenem ersten Satz noch gegen Miomir Kecmanović gewann. Damit konnte er sich erstmals in den Top 50 platzieren. Im September konnte er außerdem seinen Challenger-Titel in Genua verteidigen. An die Erfolge des bisherigen Jahres konnte er danach jedoch nicht anknüpfen. Zwischen Oktober 2019 und September 2020 konnte er bei 15 gespielten Turnieren nur drei Matches gewinnen und scheiterte 13 Mal in der ersten Runde. Erfolgreicher waren die in den Herbst verlegten French Open, wo er erstmals bei einem Grand-Slam-Turnier bis ins Achtelfinale kam und erst gegen Diego Schwartzman ausschied. Sein größter Erfolg war das ATP-500-Turnier in Wien, wo er bis ins Finale kam. Als Lucky Loser bezwang er im Viertelfinale den Weltranglistenersten Novak Đoković mit 6:2 und 6:1, nach einem Halbfinalsieg gegen Daniel Evans verlor er dann in zwei Sätzen gegen Andrei Rubljow.
Italien
Antalya
Miomir Kecmanović
Metz
Alexander Bublik
Tim Pütz
Alejandro Davidovich Fokina
Wien
Andrei Rubljow
Eastbourne
Alex de Minaur
Andrés Molteni
Michael Venus
Sander Arends
Sander Gillé
Doha
