Zofia Charlotta Wittelsbach urodziła się 23 lutego 1847 roku w Monachium jako córka księcia Maksymiliana Bawarskiego oraz jego żony Ludwiki. Była dziewiątym dzieckiem z dziesięciorga rodzeństwa. Dwaj bracia, Maksymilian i Wilhelm Karl, zmarli w okresie niemowlęcym. Dziewczynka dorastała w bawarskim zamku Possenhofen nad jeziorem Starnberger. Jej ojciec książę Maksymilian słynął z antydworskiego nastawienia i niechęci do arystokratycznego zadęcia. Zamiast, jak na księcia przystało, spędzać czas na beztroskim próżnowaniu, Maksymilian nieustannie pogłębiał swoją wiedzę. Chętnie słuchał wykładów na monachijskim uniwersytecie z dziedziny historii i przyrody oraz podejmował polemiki z uczonymi. Był człowiekiem z natury pogodnym i lubił uczęszczać do cyrku, a obejrzane sztuczki próbował publicznie naśladować ku zgorszeniu żony. Miłośnik górskich wędrówek i folklorystycznej muzyki bawarskiej, nie wahał się ją promować w swoim środowisku. Zamieszczał w gazetach anonimowe artykuły, w których przedstawiał niepopularne wówczas demokratyczne poglądy.