索菲于1818年6月17日出生在符腾堡王国斯图加特的路德维希堡宫，她是符腾堡国王威廉一世和表妹兼第二任妻子俄罗斯的叶卡捷琳娜·帕夫洛夫娜女大公的次女和幼女。索菲还未满周岁，母亲就去世了。一年多后，索菲的父亲又娶了堂妹符腾堡的保利娜女公爵为第三任妻子。索菲的姑母卡塔琳娜公主是前威斯特法伦国王热罗姆·波拿巴的妻子，她帮助抚养了索菲。

希腊国王奥托一世是索菲的早期丈夫人选。然而，索菲的父亲对新建立的希腊君主制没有信心，尼德兰国王威廉二世和索菲的姨母、俄罗斯的安娜·帕夫洛夫娜女大公的长子奥兰治亲王威廉（即后来的尼德兰国王威廉三世）被选中。1838年，在双方父亲都同意这门婚事后，索菲第一次见到了威廉。

索菲对威廉一无所知，她试图抗拒这门婚事，但徒劳无功。索菲的父亲认为威廉与女儿非常般配，而威廉的父亲也不想放弃对这桩婚姻的承诺。威廉的父亲坚持儿子和索菲的婚事是有个人原因的。1814年，英国未来的国王乔治四世的独生女、威尔士的夏洛特公主与他解除婚约时，他也遇到过类似的情况。威廉二世不希望奥兰治家族再次经历解除婚约的耻辱。威廉的母亲安娜·帕夫洛夫娜王后强烈反对儿子与她厌恶的姐姐的女儿结婚。索菲与威廉结婚后，安娜·帕夫洛夫娜对她的外甥女兼儿媳完全不尊重，因为她认为索菲配不上她的儿子。索菲和威廉于1839年6月18日在斯图加特结婚，婚后育有三个儿子，但他们都没有结婚生育子女，而且都先于父亲去世了。