Nació con el nombre de Villani Scicolone en Roma en 1934. Desde muy jovencita Sophia ya prometía ser una gran estrella y una sex-symbol italiana admirada internacionalmente. Después de trabajar en Luces de Ciudad y Quo-Vadis, Sophia conoció al productor Carlo Ponti.

En los años cincuenta fue una verdadera estrella en Italia, con títulos como El Oro de Nápoles. En 1961 ganó el merecido Oscar a la Mejor Actriz por su interpretación en Dos Mujeres. Ha trabajado con directores tan reputados como Altman, Alan Bridges, Vittorio de Sica, o Ettore Scola, así como con los actores más importantes de cada época como Marcello Mastroianni en Matrimonio a la Italiana, Ayer, Hoy y Mañana o Una Jornada Particular, Jean-Paul Belmondo en Dos Mujeres, Alberto Sordi en Dos Noches con Cleopatra, o Richard Burton en El Viaje y Breve Encuentro.

Este glamour lo ha conservado en producciones más tardías como El Puente de Casandra o Prèt-à-Porter.