Принцесса София родилась в семье курфюрста Фридриха V Пфальцского, «зимнего короля» Богемии, и Елизаветы Стюарт, дочери короля Англии Якова I, во время их голландской ссылки. София была двенадцатым ребёнком в семье.
После неудачной попытки выйти замуж за своего кузена, ставшего впоследствии королём Англии Карлом, София в 1650 году удалилась в Гейдельберг в резиденцию своего брата Карла Людвига, курфюрста Пфальца, и прожила там вплоть до замужества. София заботилась о детях брата Елизавете Шарлотте и Карле. Дети, страдавшие от постоянных распрей родителей, нуждались в заботе тётки, в особенности девочка, ставшая любимицей Софии.
Герцог Георг Вильгельм Брауншвейг-Люнебургский из дома Вельфов решил выполнить свою обязанность — жениться и растить наследников, и подходящей невестой оказалась София Пфальцская. Несмотря на помолвку с Георгом Вильгельмом, 30 сентября 1658 года в Гейдельберге София вышла замуж за его младшего брата герцога Эрнста Августа Брауншвейг-Люнебургского. В 1662 году Эрнст Август стал князем-епископом в Оснабрюке, а в 1679 году, унаследовав княжество Каленберг, переехал в резиденцию в Ганновер. За свои заслуги перед императором Эрнст Август в 1692 году получил титул девятого курфюрста. Официальный титул гласил «курфюрст Брауншвейга-Люнебурга», но обычно его называли курфюрстом ганноверским.
София в новой для себя роли курфюрстины Брауншвейг-Люнебурга позаботилась о соответствующей перестройке ганноверской резиденции. Выросшая в Нидерландах, она особое внимание уделила саду, который по её указанию был оформлен в стиле нидерландского барокко.
В 1701 году в Англии был издан антикатолический Акт о престолонаследии, согласно которому протестантка София неожиданно оказалась второй в очереди на британский престол, поскольку на этот момент являлась единственным потомком протестантских королей Англии и Шотландии за исключением сестры Якова, наследницы престола Анны Стюарт. Актом о престолонаследии устанавливалось, что английский престол могут наследовать только протестанты.
София, дочь протестантского короля Богемии, получила бы титул королевы Великобритании и Ирландии (и стала бы старейшим британским монархом в истории), если бы не умерла за несколько недель до королевы Анны Стюарт. Преемником Анны, первым из Ганноверского дома, в 1714 году взошёл сын Софии, Георг Людвиг, курфюрст Брауншвейг-Люнебурга, став королём Великобритании Георгом I. Последовавшая за этим личная уния между Великобританией и Ганновером длилась 123 года, вплоть до восшествия на престол королевы Виктории в 1837 году.
Акт о престолонаследии действует и в настоящее время. Это означает, что британский престол и в будущем будут занимать потомки Софии Ганноверской исключительно протестантского вероисповедания. София Ганноверская — установленная законом родоначальница британского королевского дома.