Софья Августа родилась 21 апреля 1729 года в Штеттине. Детство ее прошло в семье прусского генерала. Родители не отягощали ее своими заботами. Отец — усердный служака, а мать — «непоседливая и неуживчивая, которую так и тянуло на ссору и кляузу, ходячая интрига, воплощенное приключение: ей было везде хорошо, только не дома». На своем веку она исколесила чуть не всю Европу, «выполняя поручения Фридриха II, за которые стыдились браться настоящие дипломаты».
Воспитанием девочки занималась мадемуазель Кардель, женщина умная и хорошо знакомая с литературой. Она была строга со своей воспитанницей, но справедлива. Учили Софи языкам, литературе, музыке и танцам, а мсье Лоранс, «хотя и был дурак, недаром брал деньги за уроки каллиграфии». Она росла «резвой, шаловливой, даже бедовой девочкой, любившей попроказничать над старшими, щегольнуть отвагой перед мальчишками и умевшей не моргнуть глазом, когда трусила». Статс-дама крошечного двора в Штеттине баронесса фон Фринцен, пользовавшаяся доверием молоденькой принцессы, рассказывала: «В пору ее юности я только заметила в ней ум серьезный, расчетливый и холодный, столь же далекий от всего выдающегося, яркого, как и от всего, что считается заблуждением, причудливостью или легкомыслием…»
Об одной черте своего характера сама Софи впоследствии писала: «Самым унизительным положением мне всегда казалось быть обманутой: быв ребенком, я горько плакала, когда меня обманывали, а между тем я поспешно исполняла все, что от меня требовали, и даже не нравившееся мне, когда мне объясняли причины…»
Софи часто бывала в Гамбурге у бабушки и в Берлине, где видела двор прусского короля. «Все это, — пишет Ключевский, — помогло ей собрать обильный запас наблюдений и опытов, развило в ней житейскую сноровку, привычку распознавать людей, будило размышление. Может быть, эти житейские наблюдения и вдумчивость при ее природной живости были причиной и ее ранней зрелости: в 14 лет она казалась уже взрослой девушкой, поражала всех высоким ростом и развитостью не по летам. Екатерина получила воспитание, которое рано освободило ее от излишних предрассудков, мешающих житейским успехам».
В детстве гадалки обещали ей три короны и, по ее собственному признанию, «еще в семь лет у нее в голове начала бродить мысль о короне». Чтобы добиться осуществления столь глубоко запавшей в душу честолюбивой мечты, она делает вывод, что ей необходимо всем нравиться. «Все, что я ни делала, всегда клонилось к этому, — признавалась она, — и вся моя жизнь была изысканием средств, как этого достигнуть… Одно честолюбие меня поддерживало; в глубине души моей было я не знаю что такое, что ни на минуту не оставляло во мне сомнения: что рано или поздно я добьюсь своего, сделаюсь самодержавной русской императрицей…»