Loren sinh ra tại Clinica Regina Margherita ở Roma vào ngày 20 tháng 9 năm 1934, là con của Riccardo Scicolone và Romilda Villani, một cô giáo dạy dương cầm và là một diễn viên. Riccardo từ chối cưới Romilda và bỏ rơi bà. Sofia cùng mẹ và chị gái Maria về Pozzuoli, gần Naples, để sống với ông bà ngoại.

Suốt Thế chiến II, hải cảng và các xưởng đạn dược ở Pozzuoli bị ném bom liên tục. Trong một đợt bom, khi Sofia chạy vào hầm trú ẩn, bà bị một mảnh đạn tạc và bị thương ở cằm. Ngay sau đó cả gia đình chuyển đến Naples để sống nhờ họ hàng.

Sau chiến tranh, Sofia và gia đình về Pozzuoli. Bà ngoại Luisa mở quán rượu ở phòng khách, bán rượu sơ ri tự nấu. Romilda chơi đàn, Maria hát còn cô bé e thẹn Sofia làm bồi bàn và rửa bát đĩa. Quán trở nên quen thuộc với các quân nhân Mỹ đồn trú gần đó.

Năm 14 tuổi, Sofia tham gia một cuộc thi sắc đẹp ở Naples và tuy không chiến thắng nhưng bà cũng vào được vòng chung kết. Sau đó, bà đăng ký một lớp học diễn xuất và đóng một vai phụ trong một số phim của Mervyn LeRoy như Quo Vadis, khởi đầu sự nghiệp điện ảnh của mình. Bà cũng đặt nghệ danh là Sophia Loren.