Sofia Rotaru sinh ngày 7 tháng 8 năm 1947 tại Marshintsy, Chernivtsi Oblast trong một gia đình tướng quân đội và làm nghề trồng nho. Bà là con thứ hai của gia đình có sáu người con. Người làm hộ chiếu đã ghi nhầm ngày sinh của bà là 9/8/1947 nên bà thường tổ chức sinh nhật trong cả hai ngày 7 và 9 tháng 8[4]

Cha Sofia là Mykhail Fedorovich tham gia toàn bộ Thế chiến II, là một tay súng máy và đã tới Berlin. Bị thương, ông trở về làng và trở thành Đảng viên đầu tiên trong làng.

Ngày còn đi học, Sofia đã chơi thể thao, tham gia 5 môn phối hợp và điền kinh ở trường. Bà bắt đầu hát từ năm lớp một trong dàn đồng ca của trường và của nhà thờ. Bà rất thích nhà hát và tham gia vào lớp diễn kịch, hát những bài dân ca. Rotaru nói:

"Thật khó mà nói rằng âm nhạc đã xuất hiện trong cuộc đời tôi từ bao giờ và như thế nào. Dường như âm nhạc đã luôn luôn sống trong tôi. Tôi lớn lên trong âm nhạc, xung quanh tôi đâu đâu cũng vang lên giai điệu từ những đám cưới, dạ tiệc, vũ hội..."[5]

Thầy dạy đầu tiên của bà là người cha Mykhail Fedorovich, chính ông vốn có khả năng nghe nhạc đặc biệt và một giọng ca rất hay từ thời còn trẻ. Ở trường bà còn học chơi đàn dây và phong cầm, tham gia các hoạt động nghệ thuật và đi biểu diễn ở các làng xung quanh. Sáu chị em Rotaru hợp thành một dàn đồng ca. Cha bà tin vào tương lai tươi sáng của con gái thứ 2 và thường nói bà sẽ trở thành nghệ sĩ. Niềm tin của ông tiếp sức mạnh cho lựa chọn hướng nghiệp của Sofia.