Софія Роза Бартолай народилася 6 лютого 2001 року в Чикаго, штат Іллінойс. Її мати, Хіларі (Шаф), також народилася в Чикаго і має німецьке, румунське та литовське коріння. Батько Софії, Енріко Бартолай, італійського походження, першого покоління (народився в Чикаго, штат Іллінойс). Софія — молодша дитина в сім'ї, у неї є брат. Софія навчалася в середній школі Гайленд-Парку в Гайленд-Парку, штат Іллінойс, перш ніж вступити до Коледжу округу Лейк в окрузі Лейк, штат Іллінойс.

Інтерес Софії до індустрії розваг почався в ранньому віці з виступів у шкільному театрі та в Нашвіллі, штат Теннессі. Окрім акторської гри, Софія — мультиінструменталістка (гітара, фортепіано, укулеле), вокалістка та авторка пісень. У віці 17 років Софія зацікавилася моделюванням і підписала строковий контракт з Mac Duggal, міжнародним дизайнером суконь.

Софія з юних років відвідувала акторські класи та майстер-класи в таких компаніях, як Piven Theatre та Improv Playhouse. Софію хвалили численні викладачі за її навички імпровізації та акторські здібності.