Родилась 17(27).09.1657. Третья дочь царя Алексея Михайловича от его первой жены Марии Ильиничны Милославской.

Как и остальные царские дочери, Софья жила затворницей, не смея даже появляться публично кроме посещения церкви. Боязнь греха, соблазна, искушения, суеверный страх порчи "сглаза" – все это заставляло держать царевен взаперти. Но со смертью Алексея Михайловича этот надзор прекратился. Мачехи они не терпели и притом не считали себя нравственно обязанными повиноваться ещё слишком молодой женщине. Старший брат Фёдор был в таком состоянии, что не только не мог присматривать над сестрами, а сам нуждался в присмотре и уходе; другой брат, Иван, был молод и слабоумен, а Пётре вообще был еще ребенок.

Шестеро царевен очутились на полной свободе и могли вести себя, как угодно; по их сану никто из подданных не смел им перечить. Некоторые из них воспользовались своей свободой только для того, чтобы наряжаться в польское платье или же для того, чтобы заводить любовные связи; но Софья, хотя также вела далеко не постную жизнь, отличалась от других замечательным умом, способностями, энергией и честолюбием. Её воспитателем был Симеон Полоцкий, который способствовал тому, что она стала образованной женщиной.

Софья более своих сестер приблизилась к Федору и почти не отходила от него, когда он страдал своими недугами; таким образом она приучила бояр, являвшихся к царю, к своему присутствию, сама привыкла прислушиваться к разговорам о государственных делах и, вероятно, до известной степени уже участвовала в них при своём передовом уме.

После смерти в 1682 царя Феодора Алексеевича сразу возник вопрос: кто будет царем? Из двух царевичей, старший Иван был слабоумен, болезнен и вдобавок подслеповат, младший Пётр был десяти лет, но выказывал уже необычайные способности. Большинство бояр было на стороне Петра; главными руководителями его партии были два брата Голицыных, Борис и Иван, и четверо Долгоруких (Яков, Лука, Борис и Григорий), Одоевские, Шереметевы, Куракин, Урусов и др. Бояре эти прибыли на боярский совет даже в панцирях, опасаясь смятения.

Патриарх Иоаким, как самое почетное лицо после царя, председательствовал в этом совете духовных и светских сановников и предложил совершить избрание царя согласием всех чинов Московского государства. На Кремлевскую площадь были созваны служилые, всякого звания гости, торговые, тяглые и всяких чинов выборные люди, которые уже находились в Москве по другому делу. Все чины Московского государства высказались в пользу Петра, поскольку слабоумие Ивана было всем известно. Вероятно, многим также известны были и проблески необыкновенных способностей младшего царевича.

Таким образом на престол был избран Пётр, сын Алексея Михайловича от второго брака. Вместе с этим возвышалась Нарышкины, родственники и приверженцы матери Петра, Натальи Кирилловны. Партия Милославских, родственников первой жены царя Алексея Михайловича, во главе которой стала царевна Софья, воспользовалась происходившими тогда волнениями стрельцов, чтобы истребить главнейших представителей партии Нарышкиных и оттеснить их от престола.

В царствование Алексея Михайловича во времена беспрестанных бунтов стрельцы были верными охранителями царской особы. Царь ласкал их преимущественно перед другими служилыми людьми. Они получали лучшее против других жалованье, не участвуя в тягле, могли свободно заниматься торговлею и промыслами.

После воцарении Петра, стрельцы смекнули, что теперь на "верху" будут в них нуждаться, и 30 апреля подали челобитную разом на всех своих полковников, грозя, что расправятся сами, если им не учинят правосудия. Нарышкины проявили уступчивость, неугодных стрельцам полковников велели посадить под стражу в Рейтарском приказе, а на их место были назначены другие, угодные стрелецкому кругу. Обвиненных полковников били батогами, пока стрельцы не закричат "довольно". Теперь стрельцам всё стало нипочём. Они толпами ходили по улицам, грозили боярам, дерзко обращались со своими начальниками, а некоторых даже сбросили с каланчи.

Сторонники Софьи нашли удобный случай обратить разнузданное войско для перемены правительства. Главными зачинщиками были боярин Иван Михайлович Милославский, двое Толстых и князь Иван Андреевич Хованский, прозванный "Тараруем" (Пустомеля). Они стали пугать стрельцов расправой со стороны нового правительства. 15 мая был пущен слух, что Иван Кириллович Нарышкин задушил царевича Ивана. Самый день был выбран как бы преднамеренно, чтобы напомнить об убиении царевича Димитрия, совершенном именно 15 мая. Поднялась тревога: стрельцы схватились за оружие, ударили в набат во многих церквах; огромная толпа со знамёнами и барабанным боем бросилась с криками в Кремль.

По совету Артамона Матвеева и патриарха, царица Наталья, взявши за руки царевичей Петра и Ивана, в сопровождении патриарха и бояр вышла на Красное крыльцо. Стрельцы, уверенные, что царевича Ивана нет на свете, были поражены его появленьем и спрашивали: "Точно ли ты прямой царевич Иван Алексеевич?" Иван отвечал, что "он жив, никто не думал его изводить, ни на кого не имеет злобы и ни на кого не жалуется". Но стрельцы, настроенные возмутителями, закричали: "Пусть молодой царь отдаст корону старшему брату! Выдайте нам всех изменников! Выдайте Нарышкиных; мы весь их корень истребим! Царица Наталья пусть идет в монастырь!"

Большинство бояр в ужасе убежали с крыльца во дворец. Михаил Юрьевич Долгорукий прикрикнул было на стрельцов, пригрозил им виселицею и колом. Но стрельцы за это сбросили его с крыльца на расставленные копья и изрубили в куски. Потом стрельцы бросились на Матвеева. Матвеев отодвинулся от них к царице, взял за руку Петра. Стрельцы оттащили его от царя. Князь Михаил Алегукович Черкасский стал отбивать Матвеева у стрельцов, повалил его на землю, лег на него, закрывал его собою. Стрельцы избили Черкасского, разорвали на нём платье, вытащили из-под него Матвеева и сбросили на копья. Царица в ужасе убежала с сыном и царевичем в Грановитую палату.

Стрельцы ворвались во дворец. Везде искали Нарышкиных, и принявши за Афанасия Нарышкина молодого стольника Федора Салтыкова убили его. Стрельцы нашли и убили самого Афанасия Нарышкина, думного дьяка Ларионова, который ранее заведовал Стрелецким приказом, и его сына Василия, князя Григория Григорьевича Ромодановского с сыном Андреем. По всей Москве происходило бесчинство. Бывшему любимцу царя Фёдора, Ивану Максимовичу Языкову отрубили голову на площади. Были убиты ещё много народа из окружения Нарышкиных. Ивана Нарышкина никак не могли найти. Он спрятался в терем 8-летней царевны Натальи, младшей сестры Петра. Он сам вышел к стрельцам по настоянию Софьи, которая убедила Наталью Кирилловну в необходимости выдачи брата. Он был растерзан после пыток 17(27).05.1682.

Царевна Софья, как бы из желания прекратить бесчинства, призвала к себе выборных стрельцов и объявила, что назначает на каждого стрельца по десяти рублей, также предоставила право продажи в свою пользу имущества убитых ими лиц. Она назначила над ними главным начальником князя Хованского. Кирилл Полиектович Нарышкин был пострижен и отправлен в Кирилло-Белозерский монастырь.

26 мая по наущению Хованского, действовавшего в пользу Софьи, выборные стрельцы принесли царевне челобитную от имени не только стрельцов, но и "многих чинов Московского государства", в которой заявлялось желание, чтобы на престоле царствовали оба брата. Опасаясь повторения погрома, бояре согласились, и патриарх Иоаким тотчас же совершил в Успенском соборе торжественный молебен о здравии двух наречённых царей; а 25.06(5.07).1682 венчал их на царство. Иоанн и Пётр должны были править совместно, а за малолетством обоих царевичей, правительницей государства была провозглашена царевна Софья.

Стрелецкий бунт возбудил надежду, что теперь можно добиться и других перемен. Москва и подгородные слободы были наполнены раскольниками или склонными перейти в раскол.В Москве открыто стали расхаживать проповедники и поучали народ не ходить в осквернённую церковь, не креститься тремя перстами, не почитать четвероконечного креста. Много раскольников было и среди стрельцов. Сам Хованский, и прежде втайне державшийся старообрядства, теперь заявил себя явно сторонником старой веры.

Первым делом Софьи было усмирить волнение, поднятое раскольниками, которые, под предводительством Никиты Пустосвята, добивались восстановления "старого благочестия". По распоряжению Софьи, главные предводители раскольников были схвачены, а Никита Пустосвят был казнён. Против раскольников были приняты суровые меры: их преследовали, били кнутом, а наиболее упорных предавали сожжению.

Вслед за раскольниками были усмирены стрельцы. Начальник Стрелецкого приказа, князь Хованский, приобретший большую популярность среди стрельцов и обнаруживавший на каждом шагу своё высокомерие не только по отношению к боярам, но и к Софье, был схвачен и казнён в селе Воздвиженском (около Сергиева Посада) 17(27).09.1682. Узнав о казни Хованского, стрельцы заволновались, захватили в свои руки Кремль, ожидая нападения боярских людей, но нападения не последовало. По требованю Софьи выборные от стрельцов прибыли к Троице и во всём повинились. Новым начальником Стрелецкого приказа был назначен думный дьяк Фёдор Шакловитый. Период стрелецкого бунта 1682 года получил историческое название — "Хованщина".

С этой поры Софья именем двух царей семь лет фактически управляла государством. Была сделана даже попытка провозгласить её царицей. Шакловитый, преданный ей всей душой, подготовил челобитную как будто от всех чинов Московского государства и начал склонять стрельцов содействовать своему плану, но не нашёл сочувствия среди стрельцов.

На её внутреннюю и внешнюю политику большое влияние оказывал Василий Голицын, связанный с царевной Софьей сердечной привязанностью. Это был образованный человек, понимавший необходимость проведения социально-политических реформ на европейский манер.

При Софье в 1686 был заключён мир с Польшей, по которому Россия навсегда получила Смоленск и Киев, уступленный ей раньше по Андрусовскому миру (1667) только на два года. Польша окончательно отказалась от левобережной Малороссии. В свою очередь Россия обязалась помочь Польше в войне с Турцией, которую Польша вела в союзе с германской империей и Венецией.

Вследствие принятого Россией на себя обязательства князь Голицын два раза (в 1687 и 1689) ходил в Крым, но эти походы окончились неудачей. Несмотря на это, Софья наградила своего любимца, как победителя, но его престиж сильно пострадал и он был оттеснён от власти.

В период правления Софьи была основана Славяно-греко-латинская академия (1687).

С Китаем в 1689 был заключён Нерчинский договор, по которому оба берега Амура, завоёванные и занятые казаками, были возвращены Китаю. Договор этот был заключён окольничим Федором Головиным и был вызван постоянными столкновениями с китайцами, угрожавшими даже настоящей войной.

Правление Софьи продолжалось до 1689, когда Петру исполнилось 17 лет и он решил править самостоятельно. Враждебно настроенная против Софьи Наталья Кирилловна говорила о незаконности её правления. Шакловитый попытался поднять стрельцов в её защиту, но они не послушались. Тогда он решился погубить Петра и его мать, но Петру донесли о намерениях Шакловитого, и он уехал из села Преображенского, где он жил, в Троицко-Сергиевскую лавру.

Софья уговаривала Петра возвратиться в Москву, но безуспешно посылала с этой целью бояр и патриарха. Петр не поехал в Москву, не возвратился и патриарх Иоаким, лично не расположенный к Софье. Софья отправилась сама, но Пётр не принял её и потребовал выдачи Шакловитого, Сильвестра (в миру Симеон Медведев) и других её сообщников.

Софья обратилась за помощью к стрельцам, но стрельцы принудили Софью выдать сообщников. Голицын был сослан, Шакловитый, Медведев и состоявшие в заговоре с ними стрельцы были казнены. Софья должна была удалиться в Новодевичий монастырь. Оттуда она не переставала разными путями поддерживать сношения со стрельцами, которые были недовольны своей службой.

Во время пребывания Петра за границей (1698) стрельцы подняли восстание с целью снова поручить правление Софье. Восстание стрельцов кончилось неудачей, главарей казнили. После того, как Пётр возвратился из-за границы, он потребовал нового расследования, после чего казни стрельцов возобновились и приняли массовый характер. Царь лично принимал участие в казнях. Софья была пострижена в монашество под именем Сусанны. Перед окнами её кельи Пётр велел повесить нескольких казнённых стрельцов.

Софья оставалась в Новодевичьем монастыре и содержалась там под самым строгим надзором до самой своей смерти. Она умерла 3(14).07.1704.