Sophie wurde am 30. März 1224 als zweites Kind der Heiligen Elisabeth und Ludwigs IV., Landgraf von Thüringen, auf der Creuzburg geboren. Nach dem Tode von Sophies Vater Ludwig auf einem Kreuzzug 1227 übernahm dessen Bruder, Heinrich Raspe IV. die Vormundschaft und Regierung, da Sophies erbberechtigter Bruder erst fünf Jahre alt war. Heinrich Raspe verdrängte ihre Mutter Elisabeth vom ludowingischen Landgrafenhof. Sophie, ihre Geschwister und die Mutter gingen nach Marburg, wo ihre Mutter 1231 starb.

Sophie heiratete den Herzog von Brabant, Heinrich II., ihrer Ehe entstammten die Kinder Heinrich (genannt: das Kind) und Elisabeth. Ihr Bruder Hermann starb 19jährig 1241, dadurch blieb Heinrich Raspe IV. bis 1247 Landgraf von Thüringen.

1243 wurde Sophies wettinischem Cousin, Heinrich dem Erlauchten, die Landgrafschaft Thüringen von Kaiser Friedrich II. für den Fall versprochen, dass der Ludowinger Heinrich Raspe bis zu seinem Tode kinderlos bleiben sollte. Dieser Fall trat 1247 ein. Sophie stellte für ihren Sohn Heinrich Ansprüche auf das Erbe ihres Onkels in Hessen und Thüringen.

1248 starb Sophies Mann, Heinrich, der Herzog von Brabant.

Sophie stellte in Marburg am 23. April 1248 den Deutschen Orden unter ihren Schutz und bestätigte ihm alle Schenkungen der Ludowinger. Damit sicherte sich die als Herrin von Thüringen und Hessen urkundende Sophie die Unterstützung des Deutschen Ordens. Sie legte damit den Grundstein für den Übergang der hessischen Besitzungen der Ludowinger in die Hände ihres Sohnes Heinrich, geb. 1244, des künftigen ersten hessischen Landgrafen. Mit Hilfe des Deutschen Ordens, der den Bau der Grabeskirche der Heiligen Elisabeth in Marburg betreute, vertrat Sophie die Ansprüche ihrer Tochter Elisabeth in Kassel und Marburg. Da sie vom hessischen Adel umfangreich unterstützt wurde, hatte sie in Hessen eine starke Stellung, die sie als Grundlage für die Durchsetzung ihrer Forderungen in Thüringen nutzte.

Am 1. Juli 1249 unterwarfen sich die aufständischen Thüringer Grafen - von Käfernburg, Schwarzburg, Beichlingen, Honstein, Orlamünde, Stolberg - dem neuen wettinischen Landgrafen von Thüringen, Heinrich dem Erlauchten. Daraufhin söhnte sich Sophie vorübergehend mit ihrem Cousin Heinrich aus. Sie übertrug ihm in einem Vertrag ("Eisenacher Richtung") am 2. März 1250 die Vormundschaftsregierung für ihren Sohn Heinrich über Wartburg und Hessen für 10 Jahre.

Mit der Hochzeit ihrer Tochter Elisabeth mit Albrecht von Braunschweig, dessen Vater seit dem Tode Heinrich Raspes IV. einen Teil der Landgrafschaft Thüringen im Norden besetzt hielt, hatte Sophie 1254 einen neuen Verbündeten gewonnen. Im Vertrag von Udestedt übertrug Erzbischof Gerhard I. von Mainz im Mai 1254 Heinrich dem Erlauchten das Verfügungsrecht über die thüringischen Besitzungen des Erzstiftes Mainz. Da Sophie (von Brabant) dies als eine Verletzung des Vertrages von 1250 ansah, setzte sie, unterstützt von ihrem Schwiegersohn, den Thüringischen Erbfolgekrieg mit neuen Kriegshandlungen fort.

Sophie und ihre Verbündeten griffen die Wettiner in Thüringen im Frühjahr 1259 erneut militärisch an. Verschiedene Burgen um die Wartburg wurden 1260 zerstört: die Eisenacher Stadtburg, die Frauenburg und Metilstein. Die Orte Creuzburg und Eisenach gingen in den Besitz von Sophie über. Die Wartburg konnte sie nicht einnehmen. Markgraf Heinrich der Erlauchte konnte aber im folgenden Jahr (1261) die Stadt Eisenach durch nächtlichen Überfall zurückgewinnen.

Am 27. Oktober 1263 besiegten die Söhne ihres Cousins Heinrich des Erlauchten, Albrecht und Dietrich (Dietzmann), in der Schlacht bei Beesenstedt (im Mansfeldischen bei Wettin) nach 9-stündigem Kampf Herzog Albrecht von Braunschweig und nahmen ihn gefangen. Sophie von Brabant verzichtete infolge dieser Niederlage gegen die verbündeten Wettiner 1264 auf ihre Ansprüche in Thüringen. Ihre Ansprüche in Hessen konnte sie durchsetzen - ihr Sohn Heinrich wurde 1292 als Landgraf von Hessen bestätigt.

Sophie, die Tochter der Heiligen Elisabeth und Enkelin des thüringischen Landgrafen Hermann I., starb am 29. Mai 1284.