Софья Каштанова родилась 6 августа 1987 года в Москве в семье актрисы Аллы Каштановой и сценариста Андрея Антонова. После развода родителей жила в Мексике, где освоила испанский язык и латиноамериканскую культуру. В 2007 году окончила Школу-студию МХАТ (курс Козака и Брусникина). Дебютировала в сериале «Сыщики» (2006), получила известность благодаря роли Кристины в «Полицейском с Рублёвки» (2016–2021). Также снималась в проектах «Оттепель», «Волчье солнце» и «Курортный роман».

Софья замужем, воспитывает сына и предпочитает не распространяться о личной жизни. Активно ведёт страницы в Instagram, Telegram и VK, где публикует материалы о своей работе. Увлекается йогой, живописью и изучала философию в Индии.