Родилась 7 августа 1947 года в селе Маршинцы Новоселицкого района Черновицкой области Украинской ССР (ныне в Черновицком районе Черновицкой области Украины), в молдавской семье.
Много занималась спортом, легкой атлетикой, стала чемпионкой школы по многоборью, ездила на областные олимпиады.
Как вспоминала сама певица:
Трудно сказать, когда и как появилась музыка в моей жизни. Кажется, что она во мне жила всегда.
Первый успех пришел к ней в 1962 году. Победа в Новоселицком районном конкурсе художественной самодеятельности открыла ей дорогу на областной смотр. В следующем, 1963 году, на областном смотре художественной самодеятельности в Черновцах завоевала диплом первой степени.
После победы на республиканском конкурсе и окончания школы в 1964 году решила стать певицей и поступила на дирижерско-хоровое отделение (так как вокального факультета не было) Черновицкого музыкального училища. Во время учебы она познакомилась со студентом Черновицкого университета и трубачом в студенческом эстрадном оркестре Анатолием Евдокименко, который впоследствии стал ее мужем; сам Евдокименко влюбился в Ротару, еще проходя срочную службу в армии, когда увидел фотографии певицы в журнале "Украина".
В 1968 году, по окончании Черновицкого музыкального училища, была делегирована в составе творческой группы в Болгарию на 9 Всемирный фестиваль молодежи и студентов, где исполнила две песни на украинском языке "Стою на камне" и "Степью, степью" и две - на молдавском "Люблю весну" и "Валентина" Г. Георгицэ; последняя песня посвящалась присутствовавшей в зале первой женщине-космонавту Валентине Терешковой.
После окончания Черновицкого музыкального училища преподавала в нем теорию и сольфеджио. В том же 1968 году вышла замуж за Анатолия Евдокименко, который еще был студентом Черновицкого университета. Свадьбу сыграли в родном селе певицы Маршанцы. 24 августа 1970 года родился сын Руслан. В 1971 году на "Укртелефильме" режиссер Роман Алексеев снял музыкальный телевизионный фильм "Червона рута", на роль главного персонажа была приглашена София Ротару, исполнившая там песни "Нарисуй мне ночь", "О, сизокрылая птица", "В Карпатах ходит осень".
В результате сотрудничества с композитором Владимиром Ивасюком был создан цикл песен, основанный на фольклорном материале и манере исполнения с использованием инструментария и аранжировок, свойственных поп-музыке 1960-1970-х годов. Это привело к огромной популярности певицы в Украинской ССР. Оценивая роль Софии Ротару в популяризации песен Ивасюка, его отец, украинский писатель Михаил Ивасюк сказал: "Мы должны низко поклониться молдавской девочке Соне, разнесшей по всему миру песни моего сына".
Дебютным стало выступление "Червоной руты" в Звездном городке у советских космонавтов. Именно там она и ансамбль "Червона рута" впервые заявили о себе как о незаурядных представителях целого направления советского эстрадного искусства, характерной чертой которого является сочетание в репертуаре и стиле исполнения элементов народной музыки с современными ритмами. За этой сценой последовали сцена Центрального концертного зала "Россия", Кремлевского дворца и сцена Театра эстрады. С 1971 года ведет отсчет своей профессиональной творческой деятельности.
Первая профессиональная программа "Червоной руты" была утверждена худсоветом, так как вместо тематики "Любовь, комсомол и весна" она пела "Враги сожгли родную хату". Это не понравилось комиссии Министерства культуры, и программу запретили. После звонка Фалика в Москву "Червону руту" в обход всех запретов включили в программу "Звезды советской и зарубежной эстрады", и ансамбль попал в компанию к немцам, болгарам, чехам, югославам. Благодаря популяризации ее творчества официальными советскими властями в качестве примера интернациональной советской культуры (этническая молдаванка, поющая на молдавском, украинском и русском языках), а также искренним симпатиям многомиллионной публики, она имела постоянную аудиторию на радио и телевидении, вела активную концертную деятельность.
В 1972 году с программой "Песни и танцы Страны Советов" София Ротару и "Червона рута" участвовали в турне по Польше. В том же 1972 году сотрудничала с итальянским певцом Доном Баки, исполнив украинский вариант его хита 1960-х годов "Сизокрылая птица". В 1973 году на Солнечном берегу (Болгария) состоялся конкурс "Золотой Орфей".
