Софья Каштанова родилась 6 августа 1987 года в Москве в творческой семье: мать — актриса Алла Каштанова, отец — сценарист Андрей Антонов. После развода родителей жила в Мексике, где освоила испанский язык и познакомилась с латиноамериканской культурой. Вернувшись в Россию, окончила Школу-студию МХАТ в 2007 году. Дебютировала в сериале «Сыщики» (2006), известность получила благодаря роли Кристины в «Полицейском с Рублёвки» (2016–2021). Также снималась в проектах «Оттепель», «Волчье солнце» и «Курортный роман».
Софья замужем и воспитывает сына, предпочитая не афишировать личную жизнь. Активно ведёт страницы в Instagram, Telegram и VK, где делится творческими материалами. Помимо актёрской деятельности, увлекается йогой, живописью и изучала философию в Индии.