Sörensen trainierte beim Kitzbüheler Ski Club, wo er bereits 1933 das Ehrenzeichen in Silber erhielt. Bei den Deutschen Skimeisterschaften 1935 gewann er in der Alpinen Kombination den Titel. Zu diesem Erfolg half ihm auch sein Sieg im Slalomrennen. Bei der Alpinen Skiweltmeisterschaft 1936 in Innsbruck erreichte Sörensen den 13. Platz in der Abfahrt, den 22. Platz im Slalom sowie den 13. Platz in der Kombination. In der Mannschaftswertung reichte es zu einem dritten Rang. Als Mitglied des norwegischen Nationalkaders zählte Sörensen mit zu den besten Skispringern seiner Zeit. Unter anderem gewann er 1937 das Neujahrsspringen in Garmisch-Partenkirchen und belegte den siebten Rang bei den Weltmeisterschaften 1937.