1934'de Roma'da dünyaya geldi. Henüz küçük yaşlarda güzelliği ile herkesn dikkatini çeken Loren, İtalyan yapımcı Carlo Ponti ile tanıştı. Ponti, Loren'deki yeteneği kısa sürede fark etti ve onunla bir sözleşme imzaladı. Rol aldığı ilk film 'Quo Vadis' adlı tarihi dramaydı ve bu film ancak 1951'de gösterime girebildi. Loren, kariyerinin ilk döneminde ucuz filmlerdeki küçük rollerle yetinmek zorunda kaldı. Bu dönemde rol aldığı 'Toto Tarzan', 'Io Sono il Capataz', 'Extra' gibi filmlerde gerçek adı Sofia Scicolone'yi kullandı.

Loren'in kitlelerle tanışması ise 1953 yılında rol aldığı müzikal 'Aida' ile oldu. Verdi'nin ünlü operasından uyarlanan filmde Loren, ana karakter Aida rolünde çok başarılı oldu. Bu filmden sonra ününü iyice arttıran Loren, 'Attila', 'The Gold of Naples', 'Two Nights with Cleopatra' ve 'Too Bad She's Bad' gibi filmlerle zirveye çıktı. O artık dönemin seks sembolleri Marilyn Monroe, Brigitte Bardot ve Jane Fonda ile erkeklerin rüyalarını süsleyen bir kadındı. Ayrıca son derece yetenekli bir oyuncu olduğu da herkes tarafından kabul ediliyordu. Loren'in ününün tüm dünyaya yayılması Hollywood yapımcılarının iştahını kabarttı ve 1957'den itibaren ABD'de çalışmaya başladı.

Burada dönemin en önemli aktörleri ile çalışan Loren, Amerikan izleyicisinin de kalbini fethetmekte zorlanmadı. ABD'de rol aldığı 'Desire Under the Elms', 'The Key', 'Houseboat', 'The Kind of Women', 'A Breath of Scandal' ile büyük başarılar kazanan Loren, 1961'de Jean Paul Belmondo ile birlikte rol aldığı Vittorio de Sica'nın çektiği İtalyan-Fransız ortak yapımı savaş draması İki Kadın (Ciociara) ile Oscar kazandı.

1964'te rol aldığı 'The Fall of The Roman Empire' gelmiş geçmiş en iyi Roma filmlerinden biri olarak gösterildi. Ünlü oyuncu Marcello Mastroianni ile Dün Bugün Yarın (Ieri, oggi, domani) ve İtalyan Usülü Evlilik (Matrimonio all'italiana) gibi filmlerde birlikte çalışan Loren, en iyi anlaştığı aktörün Mastroianni olduğunu söylerdi. Güzel yıldız, özel hayatında skandallardan daima kaçındı ve tüm dünyada tanınan bir seks sembolü olmasına rağmen kendisini keşfeden yapımcı Carlo Ponti ile mutlu bir evlilik yaşadı. İlk olarak 1957 yılında evlenen çift, Ponti'nin eski eşinden hala boşanmamış olması nedeniyle 1962'de evlilikleri İtalyan hükumeti tarafından iptal edildi. Ponti'nin eşi Guiliana'dan 1965'te boşanmasının ardından 1966 yılında tekrar evlendiler. Ünlü ikili 2007'de Ponti'nin ölümüne dek evli kaldı. Bu evlilikten Carlo ve Edoardo adlı iki oğlu oldu. Carlo orkestra şefi, Edoardo ise sinema yönetmeni olarak çalışıyor.

Son yıllarda beyazperdede fazla görünmeyen ünlü yıldızın son yıllarda yer aldığı en önemli film, 2009 yapımı müzikal filmi 'Nine' oldu. Bu filmde Loren, Daniel Day-Lewis, Marion Cotillard, Penelope Cruz ve Nicole Kidman gibi bir sonraki kuşağın en iyi oyuncularından bazılarıyla kamera karşısına geçti.

Sophia Loren, vaktini hayvan hakları savunuculuğu yaparak geçiriyor. 2002 yılında Uluslararası Venedik Film Festivali'nde 'yaşam boyu başarı' ödülünü aldı. 2005 Uluslararası İstanbul Film Festivali'nde de Türkiye'ye gelmiş ve yaşam boyu başarı ödülüne layık görülmüştü.