Nata il 4 ottobre 1841 in Baviera, Maria Sofia era la terza figlia del duca Massimiliano Giuseppe e della principessa Ludovica di Baviera. Sorella della più famosa Elisabetta detta “Sissi”, Maria Sofia sposò l’8 gennaio 1859 Francesco, figlio di Ferdinando II re delle Due Sicilie.
Dopo la morte di Ferdinando II e la salita al trono del figlio, Maria Sofia divenne regina consorte del Regno delle Due Sicilie. Si trattò di un regno breve. Già nel 1860 la coppia reale fu costretta a lasciare Napoli e a rifugiarsi dapprima a Gaeta e poi a Roma.
Dopo aver lasciato Roma, la coppia reale si stabilì a Parigi, dove Maria Sofia entrò in contatto con gli ambienti anarchici italiani ostili ai Savoia; ancora dopo la morte del marito, sopraggiunta nel 1894, sperava nella riconquista dei territori delle ex province napoletane, ormai parte integrante del Regno d’Italia.
Maria Sofia di Baviera morì a Monaco di Baviera il 19 gennaio 1925. Dal maggio 1984 le sue spoglie, insieme a quelle del marito, riposano in una cripta della basilica di Santa Chiara a Napoli.