Sofia nacque nel 1630 presso il casino di caccia di Rhenen, non lontano da L'Aia, nei Paesi Bassi, dove suo padre si trovava in esilio dopo la sconfitta subita nella Battaglia della Montagna Bianca; era la più giovane delle cinque figlie femmine e la dodicesima degli eredi dell'elettore palatino Federico V e di Elisabetta Stuart, nata principessa d'Inghilterra e figlia di re Giacomo I. Sofia crebbe a Leida finché, nel 1641, non fece ritorno alla corte materna a L'Aia.