Născută Sofia Scicolone, la 20 septembrie 1934, la Pozzuoli, un orăşel muncitoresc de lângă Napoli, a urmat cursurile şcolii din Pozzuoli.
Îşi începe cariera cinematografică cu două roluri în "Cuori sul mare" (1950) şi "Quo Vadis" (1951). În această perioadă îl cunoaşte pe producătorul de filme Carlo Ponti, viitorul ei soţ. Sub îndrumarea acestuia, începe cursuri de actorie şi îşi schimbă numele în Loren. Joacă în numeroase filme care o aduc repede în atenţia publicului: "L'oro din Napoli" (1954), "La donna del Fiume" (1954) şi "Peccato che sia una canaglia" (1955).
Primul film realizat la Hollywood, "The Pride and the Pasion" (1957), a fost urmat de alte pelicule care au transformat-o într-un star internaţional. "La Ciociara", din 1960, îi aduce, un an mai târziu, premiul Oscar pentru cea mai bună interpretare feminină, potrivit www.imdb.com. A mai obţinut şi distincţia de cea mai bună actriţă, la Cannes, tot pentru "La Ciociara", în 1961. De asemenea, a fost recompensată cu premiul Globul de Aur în 1977 şi premiul Cesar, în 1991.
A mai interpretat roluri în "Legend of the Lost" (1957), "The Black Orchid" (1958), "El Cid" (1961), "La moglie del prete" (1970), "The Man of Mancha" (1972), "Cassandra Crossing" (1976).
În 1979, îşi publică memoriile, "Loving and living". În 1994, a jucat alături de bunul ei prieten Marcello Mastroianni în comedia "Pret-a-porter". În anul următor, a apărut în "Grumpier Old Men", apoi au urmat rolurile din "Soleil" (1997), "Francesca and Nunziata" (2001), "Between Strangers" (2002), "Lives of the Saints" (2004).
În 2007 actriţa a acceptat să pozeze în ipostaze sexy, dar decente, pentru cea mai exclusivistă revistă pentru bărbaţi - Pirelli. În 2009, după o absenţă destul de mare din lumea cinematografiei, este invitată de regizorul Rob Marshall pentru a interpreta un rol în pelicula "Nine".
În 2010 s-a reîntors în lumina reflectoarelor şi a devenit protagonista miniseriei "La mia casa e piena di specchi", inspirată din cartea autobiografică a surorii sale, Maria Scicolone. A mai jucat în scurtmetrajul "Voce umana" (2014), regizat de unul dintre cei doi fii ai săi, Edoardo Ponti.
În 2016 Sophia Loren a venit pentru prima dată în România, ca invitat special al Festivalului Internaţional de Film Transilvania, care a avut loc între 27 mai şi 5 iunie. "Niciodată nu te gândeşti 'acum sunt celebră'. Dacă ţi se întâmplă asta, cariera ta s-a încheiat. Mereu trebuie să îţi spui că tot ceea ce trăieşti este ceva minunat, că trebuie să continui să te dezvolţi. Trebuie să te dezvolţi ca om, în primul rând, apoi în cariera ta. Dar nu mi s-a întâmplat niciodată să mă trezesc dimineaţa şi să spun 'Doamne, sunt o celebritate'. Nici când am câştigat Oscarul. Nici atunci nu ştii asta", afirma celebra actriţă în conferinţa de presă dedicată festivalului.
La 10 iulie 2019 Sophia Loren a anunţat că va reveni pe marile ecrane, într-un lungmetraj regizat de fiul său Edoardo, în care artista italiană interpretează personajul Madame Rosa, o supravieţuitoare a Holocaustului care stabileşte o legătură afectivă specială cu Momo, un imigrant senegalez în vârstă de 12 ani. Filmul, intitulat "La vita davanti a se" ("The Life Ahead"), este o adaptare a romanului "La vie devant soi", de Roman Gary, adaptat anterior pentru marele ecran de cineastul israelian Moshe Mizrahi sub titlul "Madame Rose", în care rolul principal a fost jucat de Simone Signoret. Acel lungmetraj a câştigat în 1978 premiul Oscar pentru cel mai bun film străin.
Sophia Loren va interpreta rolul jucat de Simone Signoret, însă Edoardo Ponti a spus că cele două ecranizări vor fi foarte diferite. Filmările de la noua peliculă au început deja în Italia. Sophia Loren, care lucrează 10 ore pe zi, a spus că îşi permite să exprime "anumite lucruri pe marele ecran, pe care publicul le va găsi foarte surprinzătoare".
