Der Vater von Sofia und ihrer Schwester, Vater Riccardo Scicolone, ein Konstruktionsingenieur aus einer angesehenen Familie, weigerte sich, die Mutter der beiden Mädchen zu heiraten, und verließ die Familie frühzeitig. Um das karge Familienbudget aufzubessern, nahm die junge Sophia, eine außergewöhnliche Schönheit, bereits früh an Misswahlen teil und übernahm Komparsenrollen in Filmen, unter anderem in 'Quo Vadis' (1951). 1950 wurde sie bei der Wahl der 'Miss Rom' Zweite, außerdem lernte Sophia bei dieser Gelegenheit ihren Ehemann Carlo Ponti kennen.

Die Hochzeit der beiden fand am 17. September 1957 statt, war allerdings nicht unproblematisch, da der italienische Staat die Scheidung Pontis von seiner ersten Ehefrau nicht anerkennen wollte. Erst als sowohl Sophia Loren und Carlo Ponti als auch dessen erste Ehefrau Giuliana Fiastri französische Staatsbürger wurden, konnten Loren und Ponti ihre Ehe legalisieren. Der um 22 Jahre ältere Filmproduzent erkannte das Talent seiner Ehefrau und förderte ihre Karriere unter anderem dadurch, dass er für sie den klingenden Namen Sophia Loren erfand.

Die Ehe der beiden, aus der die beiden Kinder Carlo jr. (geb. 1968) und Edoardo (geb. 1973) entstammen, hielt bis zum Tod Carlo Pontis im Jahr 2007. Eine nochmalige Eheschließung kommt nach Angaben Lorens nicht in Frage – es wäre ihr unmöglich, jemand anderen als Ponti zu lieben, so die Diva. Heute ist Sophia Loren mehrfache Großmutter. Seit dem Jahr 2006 lebt sie in Genf, daneben hat sie Wohnsitze in Neapel und in Rom.