Sofia là người con thứ ba trong số tám người con gái của Hoàng hậu Maria Ilyinichna Miloslavskaya, và là một trong sáu người con còn sống. Thay vì có giáo dục sơ cấp và sống suốt đời vô danh trong biệt cung giống như chị em của cô, thì Sofia có sự khác biệt, có trí thông minh, tham vọng, tính quyết đoán mà anh chị em của cô không có.

Từ nhỏ, Sofia đã là một người khác thường. Cô đã một lần thuyết phục vua cha bỏ qua truyền thống biệt lập phụ nữ hoàng gia và cho phép cô học chung với Fyodor, em trai nhỏ hơn cô 4 tuổi. Cô được học thần học, tiếng Latinh, tiếng Ba Lan và sử học. Cô cũng được biết qua thơ văn và kịch nghệ.