Родилась 4 (17) мая 1911 года в Красноярске, в семье с польскими корнями.
В 1931 году окончила драматический класс З. С. Соколовой (сестры К. С. Станиславского).
С 1931 года была актрисой МХАТ имени М. Горького (МХАТ).
Во время войны, в октябре 1941 года, МХАТ был эвакуирован в Саратов. Актёры жили на первых порах прямо в здании Саратовского ТЮЗа и лишь в ноябре 1942 года вернулись в Москву.
С 1954 года работала педагогом в Школе-студии имени В. И. Немировича-Данченко при МХАТ СССР имени М. Горького. С 1972 года — профессор.
После разделения театра в 1987 году служила в МХАТ имени А. П. Чехова до 2000 года.
В конце декабря 1991 года Софья Станиславовна и Олег Янковский были последними артистами, удостоенными почётного звания «народный артист СССР».
Автор мемуаров «По долгу памяти» (1993).
Долгое время проживала в доме № 5/7 по Глинищевскому переулку в Москве.
Умерла 21 января 2000 года на 89-м году жизни в Москве. Похоронена на Новодевичьем кладбище (участок № 2).