Não há diferença no sentido dos dois termos, atestados como sinónimos, quer em dicionários generalistas (p. ex., Dicionário Houaiss), quer em dicionários da especialidade médica (Dicionário de Termos Médicos, de Manuel Freitas e Costa).

A diferença poderá estar na frequência e nos contextos de ocorrência de um e de outro: no Corpus Brasileiro, a palavra supercílio ocorre duas vezes mais do que sobrancelha; no CetemPúblico (referente a textos da imprensa portuguesa), supercílio está registado apenas uma vez, ao passo que sobrancelha tem 34 ocorrências.