Единственная дочь короля Нидерландов Виллема II и Великой княгини Анны Павловны появилась на свет в апреле 1824 года. Новорожденную принцессу нарекли Вильгельминой Марией Луизой Софией - в повседневной жизни называли по последнему имени. Маленькая принцесса сразу после появления на свет была окружена вниманием старших братьев - Виллема, Александра и Генриха. Еще один старший брат Эрнст скончался за два года до ее появления на свет.
Детство единственной дочери короля проходило в любимом дворце ее матери Сустдейке. Королева Анна Павловна лично воспитывала сыновей и дочь, стараясь не столько дать им хорошее воспитание, сколько держать их под контролем. Кроме того, принцесса София получила навыки ведения домашнего хозяйства: могла шить, вязать, говорить простую пищу и даже доить коров и коз.
В возрасте шести лет принцесса София сильно простудилась. Королева Анна приняла решение отправиться с дочерью на лечение к своей старшей сестре Марии в Веймар. Именно там юная принцесса впервые познакомилась со своим двоюродным братом и будущим мужем принцем Карлом. В 1842 году 18-летняя принцесса София стала женой 24-летнего принца Карла Саксен-Веймар-Эйзенахского.
От данного союза на свет появилось четверо детей: сын Август и дочери Александрина, София и Сибилла. Супружеская жизнь Софии и Карла оказалась счастливой: супругов объединяла не столько взаимная симпатия, но и любовь к искусству. Их дом часто посещали такие выдающиеся люди как Ганс Кристиан Андерсон, Рихард Вагнер. Великая герцогиня София увлекалась немецкой литературой и изучением трудов Гёте и Шиллера, открыла архивы, которые действуют по сегодняшний день.
Кроме того София очень много занималась благотворительностью: открывала церкви, приюты, санатории, больницы. Современники называют время правления Великого герцога Карла Александра и Великой герцогини Софии "Серебряным веком" Веймара. Скончалась София в возрасте 73 лет, а Карл спустя 2 года.