Sonoma Valley AVA, được công nhận vào năm 1982, trải dài từ bờ biển của Vịnh San Pablo, đến ngay phía nam của thành phố Santa Rosa. Khu vực này bao gồm một phần của góc đông nam của Quận Sonoma với khoảng 2.200ha trồng nho. Nó biệt với AVA của Sonoma Coast and Sonoma Mountain, mặc dù sau này có chung một số khu vực địa lý. Cũng trong ranh giới của Sonoma Valley còn có AVA của Bennett Valley và Moon Mountain Distrist

Thung lũng Sonoma thường được công nhận là nơi sinh của Nghề trồng nho California. Vườn nho Vineyards of Mission được thành lập ở đây vào năm 1825, sau đó là việc trồng nho Vitis Vinifera đầu tiên vào cuối những năm 1850. Không lâu sau, George C Yount bắt đầu làm rượu vang ở Thung lũng Napa. Các nhà máy rượu Buena Vista và Gundlach Bundschu, ở ngoại ô phía đông của thị trấn Sonoma, được thành lập lần lượt vào năm 1857 và 1858.

Giống nho: Sonoma Valley được nhiều người coi là nguồn cung cấp rượu vang Pinot Noir và Chardonnay hảo hạng nhất ở phía bắc California, đặc biệt là ở nửa phía nam trong vùng Carneros AVA. Cabernet Sauvignon và Zinfandel phổ biến hơn ở các vườn nho ở nửa phía bắc, tránh xa ảnh hưởng lạnh của Vịnh San Pablo, làm cho rượu vang đỏ chín mọng đậm đà. Các giống phổ biến khác bao gồm Merlot và Sauvignon Blanc.

Khí hậu: Có một sự khác biệt lớn về các loại đất trong Thung lũng Sonoma. Ở đáy thung lũng, đất có xu hướng rất phì nhiêu, nhiều mùn và giữ nước thuận lợi nhờ các túi chứa đất sét. Trong khi đó, chân của các dãy núi xung quanh có hàm lượng đá cao hơn, tạo nền đất thoát nước tốt cho rễ cây nho.

Sonoma Valley là khu vực khô hạn nhất trong tất cả các khu vực của hạt Sonoma County nhờ nơi trú ẩn do dãy núi Sonoma cung cấp. Đây là điểm phân biệt để thành lập AVA vào những năm 1980.
Khí hậu của khu vực bị ảnh hưởng bởi vị trí có mái che giữa những ngọn đồi, nhưng cũng bởi sự gần với Vịnh San Pablo về phía nam, giúp điều hòa nhiệt độ trong vườn nho. Thung lũng Sonoma có khí hậu mát mẻ hơn ở đầu phía nam của nó, nơi sương mù từ vịnh bao phủ các vườn nho vào buổi sáng sớm, làm chậm quá trình chín.

Xa hơn về phía bắc, cách xa Vịnh San Pablo, cường độ ảnh hưởng của đại dương lạnh đi đã giảm đi nhiều. Các vườn nho nằm trên những ngọn đồi nơi có sự điều hòa nhiệt độ vào những đêm lạnh hơn kết hợp với độ cao cao hơn.