Nel 1959 alla Biennale di Venezia viene premiata come migliore attrice e nel 1961 è la prima attrice italiana a vincere un Oscar a Hollywood.
Sofia interpreta con star hollywoodiane come Marlon Brando, Cary Grant, John Wayne, Clark Gable ma soprattutto con l’attore Marcello Mastroianni. Si presentano sempre di nuovo come coppia esplosiva e celebre. I film più famosi dei due sono “Ieri, oggi e domani”, “Matrimonio all’italiana” e “I girasoli”. Prima di dare alla luce il primo figlio Carlo Ponti junior Sophia ha tre aborti. Il secondo figlio si chiama Eduardo.
Nel 1980 viene arrestata per 30 giorni per evasione fiscale. Nel 1991 le viene assegnato l’Oscar alla carriera e People magazine la inserisce tra le 50 donne più belle del modo. Nel 1997 dal Presidente della repubblica italiana viene insignita del titolo di Cavaliere della Repubblica.
Segue qualche altro film e nel 2006 alla cerimonia di apertura dei Giochi Olimpici Invernali di Torino porta la bandiera olimpica.
