El matrimoni entre la reina Sofia i Juan Carlos va ser una unió imposada per les circumstàncies, ja que cap dels dos no estava enamorat. Des del principi, la relació va estar marcada per la falta d'interès mutu. De fet, Juan Carlos mantenia una relació discreta amb la periodista italiana Olghina de Robilant, mentre que Sofia estava profundament enamorada del seu amic Harald de Noruega, encara que el seu amor no va anar correspost. La convivència entre els reis d'Espanya es va convertir en un veritable fracàs, al punt que ni tan sols compartien la mateixa habitació. Les relacions íntimes entre ells només es donaven amb l'objectiu de tenir fills, i per empitjorar la situació, l'hereu home no va arribar fins al tercer intent. Mentrestant, Juan Carlos mantenia relacions extramatrimonials amb altres dones.
L'entorn sabia que el rei tenia aventures, i fins i tot es deia que comptava amb una amant a cada ciutat que visitava. Algunes d'aquestes relacions van ser passatgeres, però amb d'altres va arribar a enamorar-se profundament, com va ser el cas de Bárbara Rey, Corinna Larsen i Marta Gayá, aquesta última va romandre al seu costat per molt temps. De fet, per l'empresària alemanya, Juan Carlos va estar a punt de sol·licitar el divorci de Sofia. La reina emèrita va quedar sola i humiliada davant de les constants infidelitats del seu espòs, al punt de ser coneguda com "la reina cornuda".
Alfonso Díez va ser un amic molt especial de la reina Sofia però van mantenir la relació en la discreció
Malgrat tot, Sofia sempre es va mantenir discreta i es va comprometre amb el seu rol de reina, sent totalment lleial a la corona. Amb el suport de la seva germana, Irene de Grècia, va assumir la seva responsabilitat sense qüestionar el seu paper. Malgrat viure separats, Sofia només va considerar el divorci en una ocasió, però la seva mare, la reina Federica, li va dissuadir de prendre aquesta decisió. Al llarg dels anys, Sofia va ser el principal suport de Juan Carlos i va jugar un paper clau en mantenir l'estabilitat de la monarquia, especialment quan van començar a sorgir escàndols i rumors sobre el comportament del rei. Ella mai no va ser protagonista de controvèrsies, sempre ha estat cauta amb la seva vida privada.
Encara que hi ha hagut rumors sobre la seva vida personal, en molt poques ocasions se l'ha vinculat amb altres homes. Es va esmentar una relació propera amb Enrique de la Mata Gorostizaga, president de la Creu Roja Internacional en aquell moment, ja que coincidien freqüentment en esdeveniments benèfics i oficials. Més recentment, se l'ha relacionat amb Alfonso Díez, el vidu de la Duquessa d'Alba, que anteriorment va ser funcionari. La periodista Pilar Eyre va revelar aquesta suposada amistat en un dels seus llibres publicats el 2018. Es deia que van començar a apropar-se quan Sofia va mostrar interès per la salut de la duquessa, una gran amiga seva. Tanmateix, després de fer-se pública la relació, l'amistat entre Sofia i Alfonso va semblar esvair-se, i segons la periodista Beatriz Cortázar, això es va deure a pressions de la Casa Reial, que va demanar a l'emèrita de mantenir un perfil baix.
