Bà là con gái của Thomas Palaeologus thành Morea, con trai út của Manuel II Palaiologos và vợ Helena Dragas, gọi hoàng đế cuối cùng của Đông La Mã là Konstantinos XI là bác, và cũng là em gái ruột của Andreas Palaeologos, người tiếp tục tự xưng là người thừa kế danh hiệu hoàng đế Đông La Mã sau khi kinh đô Constantinopolis sụp đổ.

Để củng cố chính quyền mới theo mô hình của Byzantium, sau khi hoàng hậu đầu tiên là Maria xứ Tver chết năm 1471, Ivan III đã nghe theo gợi ý của Giáo hoàng Phaolô II quyết định kết hôn với bà. Sau khi lấy chồng, hoàng hậu đi theo Chính thống giáo của Ivan III. Hoàng hậu Sophia cũng đã gợi ý đại công làm Quốc huy mang hình con đại bàng hai đầu, giống của Byzantium.