Sørensen blev master i fysik og matematik i 1965, og han fik en ph.d. i 1974 på Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet, hvor han arbejdede frem til 1980. Herefter blev han ansat som professor på Roskilde Universitets Center. Han har været gæsteforelæser i Japan, Frankrig, USA og Australien, og han har deltaget i adskillige internationale konferencer. Han modtog Australian Government Award for Eminent European Scientists i 1982 og European Solar Prize i 2002. I 1989 blev han gjort til ridder af Dannebrog.