Sørensen startet sin karriere i Odense Boldklub i 1995. Han gikk i 1996 på et lån til Vejle BK hvor han spilte seks kamper. I 1997 gikk an til Svendborg fB hvor det ble 50 kamper. I 1998 ble det klubbytte igjen, denne gangen gikk turen til England og Sunderland AFC. Her spilte Sørensen frem til 2003 da han gikk til Aston Villa. Han spilte 139 ligakamper for Aston Villa fram til 2008, da han gikk til Stoke City.