Η Βασίλισσα Σοφία της Ισπανίας γεννήθηκε ως πριγκίπισσα Σοφία της Ελλάδας και της Δανίας στις 2 Νοεμβρίου 1938, στα Ανάκτορα του Τατοΐου.
Ήταν το μεγαλύτερο παιδί του βασιλιά Παύλου και της συζύγου του, βασίλισσας Φρειδερίκης. Η Σόφια είναι μέλος του ελληνικού κλάδου της δυναστείας Schleswig-Holstein-Sonderburg-Glücksburg. Αδερφός της είναι ο τέως βασιλιάς Κωνσταντίνος Β’ και αδερφή της η πριγκίπισσα Ειρήνη.
Η πριγκίπισσα Σοφία πέρασε μερικά από τα παιδικά της χρόνια στην Αίγυπτο, όπου πήρε τις πρώτες σπουδές της στο El Nasr Girls’ College (EGC) στην Αλεξάνδρεια. Έζησε στη Νότια Αφρική κατά την εξορία της οικογένειάς της από την Ελλάδα κατά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, όπου γεννήθηκε η αδελφή της Ειρήνη. Επέστρεψαν στην Ελλάδα το 1946.
Τελείωσε τις σπουδές της στο διάσημο οικοτροφείο Schloss Salem στη Νότια Γερμανία και στη συνέχεια σπούδασε παιδική φροντίδα, μουσική και αρχαιολογία στην Αθήνα. Σπούδασε επίσης στο Fitzwilliam College του Cambridge, του Πανεπιστημίου του Cambridge.
Ήταν εφεδρικό μέλος, μαζί με τον αδερφό της Κωνσταντίνο, της χρυσής ιστιοπλοϊκής ομάδας της Ελλάδας στους Θερινούς Ολυμπιακούς Αγώνες του 1960.
Η Σοφία γνώρισε τον τρίτο ξάδερφό της από τον πατέρα της, τον τότε Infante Juan Carlos της Ισπανίας σε μια κρουαζιέρα στα ελληνικά νησιά το 1954. Συναντήθηκαν ξανά στο γάμο του Δούκα του Κεντ, του δεύτερου ξαδέρφου της από τον πατέρα της, στο York Minster τον Ιούνιο του 1961. Η Σοφία και ο Χουάν Κάρλος παντρεύτηκαν στις 14 Μαΐου 1962, στον Καθολικό Καθεδρικό Ναό του Αγίου Διονυσίου στην Αθήνα.
Η Σοφία μεταστράφηκε από την Ελληνική Ορθοδοξία στον Ρωμαιοκαθολικισμό για να γίνει αποδεκτή στην Καθολική Ισπανία και έτσι παραιτήθηκε από τα δικαιώματά της στον ελληνικό θρόνο. Μαζί με αυτό, η συνήθης λατινοποίηση του ελληνικού της ονόματος άλλαξε από Sophia στην ισπανική παραλλαγή, Sofía.
Το ζευγάρι έχει τρία παιδιά: Έλενα (γεν. 20 Δεκεμβρίου 1963). Cristina (γεν. 13 Ιουνίου 1965)· και Felipe (γεν. 30 Ιανουαρίου 1968) και οκτώ εγγόνια. Οι τέσσερις εγγονοί και οι τέσσερις εγγονές τους είναι ο Felipe και η Victoria de Marichalar y de Borbón, ο Juan, ο Pablo, ο Miguel και η Irene Urdangarín y de Borbón και η Leonor, πριγκίπισσα της Αστούριας, οι οποίοι είναι όλοι στη σειρά διαδοχής του ισπανικού θρόνου.
Μετά την παραίτηση του συζύγου της από βασιλιά το 2014, η Σοφία επικεντρώθηκε στις χορηγικές της δραστηριότητες, περνώντας το χρόνο της μεταξύ του La Zarzuela στη Μαδρίτη και, τους καλοκαιρινούς μήνες, στο παλάτι Marivent στην Πάλμα ντε Μαγιόρκα, επισκέπτεται επίσης συχνά την Ελλάδα με την αδερφή της, πριγκίπισσα Ειρήνη, που ζει μαζί της από την εξορία της Ελληνικής Βασιλικής Οικογένειας το 1967, για να συναντήσει τον αδελφό τους Α.Μ. Βασιλιά Κωνσταντίνο που με τη βασίλισσα Άννα Μαρία ζουν από το 2013 στο Πόρτο Χέλι της Πελοποννήσου.