Соренсен начал свою гоночную карьеру в 1994 году в картинге. В 2006 году он дебютировал в формульной серии — в датской Формуле-Форд. В 2008 году, проведя только половину сезона, занял 4-ое место в серии ADAC Formel Masters.
В 2009 году вместе с Давиде Вальсекки и Шарлем Пиком Соренсен был принят в молодёжную программу Рено. Благодаря этому он смог выступить в Европейском и Североевропейском кубках Формулы-Рено 2.0. Однако в этом же году программа Рено была закрыта из-за финансовых проблем.
В середине 2010 года Соренсен принял участие в Немецкой Формуле-3 в составе команды Brandl Motorsport. В следующем 2011 году он продолжил карьеру в этой же серии, где после долгой борьбы за чемпионство с Ричи Стенэвеем занял 2-ое место в чемпионате.
В планах Соренсена было продолжить карьеру в 2012 году в Немецкой Формуле-3, однако гоночная команда Lotus предложила ему принять участие в Формуле-Рено 3.5, на что он согласился. Вместе с ним в составе команды выступал его конкурент по предыдущей серии — Ричи Стенэвей. За сезон Соренсен три раза побывал на подиуме, выиграл одну гонку на этапе в Спа. Ещё одну победу он упустил на этапе в Арагоне из-за прокола колеса. В следующем 2013 году у Соренсена были большие проблемы с двигателем, однако он сумел победить в обеих гонках этапа на Ред Булл Ринге.
GP2
В 2014 году Соренсен перешёл в GP2 в команду MP Motorsport, где с 5-го этапа (на трассе Сильверстоун) заменил Тио Эллинаса. На этапе в Сочи сумел одержать первую для себя победу в серии.
В 2015 году Соренсен продолжил карьеру в GP2 в составе команды Carlin, где заменил перешедшего в Формулу-1 Фелипе Насра.
