Im Jahr 1958 unterzeichnete sie einen Vertrag mit Paramount Pictures. In dieser frühen Zeit spielte Sophia Loren gemeinsam mit Anthony Perkins in 'Begierde und den Ulmen' (1957), mit Cary Grant in 'Hausboot' (1958) und in zahlreichen anderen Verfilmungen an der Seite von Weltstars wie Paul Newman, Anthony Quinn, John Wayne, Gregory Peck oder Richard Burton.

Der internationale Durchbruch gelang Sophia Loren schließlich mit der Rolle der Cesira in 'Und dennoch leben sie' (1960), einem italienischen Film unter der Regie von Vittorio De Sica. Diese Produktion brachte der Loren neben zahlreichen Filmpreisen auch die Anerkennung als ernsthafte Schauspielerin ein. In den 1960ern wurde Sophia Loren als eine der größten Schauspielerinnen weltweit gehandelt. Vor allem ihre Filme an der Seite von Marcello Mastroianni gelten bis heute als legendär. Als Höhepunkt ihrer Karriere kann der Dreh von 'Der Untergang des Römischen Reiches' (1963) angesehen werden, für den sie mit der sagenhaften Gage von 1 Million Dollar entlohnt wurde. 1966 wurde Sophia Loren an der Seite von Marlon Brando von Charlie Chaplin für dessen einzigen Farbfilm 'Die Gräfin von Hongkong' engagiert.

Zwischen 1964 und 1977 wurde Sophia Loren für ihre schauspielerische Leistung mit insgesamt vier 'Golden Globes' ausgezeichnet. Insgesamt wirkte Sophia Loren an über 100 Filmen mit. Am 4. Mai 2011 wurde die Schauspielerin in Los Angeles von der 'Academy of Motion Picture Arts and Sciences' für ihr Lebenswerk ausgezeichnet.