Dorothea Sophie var datter av Johan Adolf av Slesvig-Holsten-Sønderborg-Pløn og Dorothea Sophie av Braunschweig-Wolfenbüttel. I 1704 døde først hennes eldste bror Adolf August og fire dager senere hennes far. Regentskapet over Pløn gikk heretter til svigerinnen Elisabeth Sophie Marie av Slesvig-Holsten-Sønderborg-Nordborg (1683–1767) som regjerte for sin to år gamle sønn Leopold August. I 1706 døde også han, og hertugdømmet overgikk til fetteren Joachim Frederik, hertug av Slesvig-Holsten-Sønderborg(-Nordborg)-Pløn. Dorothea Sophie tok heretter opphold på morens enkesete Reinfeld.