Eredeti neve: Sofia Villani Scicolone. Édesanyja biztatására 15 évesen részt vett egy szépségversenyen, és bár nem az ő fejére tették a koronát, a lapokban a róla készült fotók is megjelentek. Szintén édesanyja volt, aki a kislány karrierjét tovább egyengette, és Rómába vitte egy szereplőválogatásra, a Cinecitta stúdióba: Loren hamarosan már az olasz mozi fénykorának pezsgő világában találta magát, ahol felfigyeltek rá, és egyre jobb szerepekkel tüntették ki.

Vittorio De Sicanak köszönhetően olyan filmekben játszott, mint az Egy asszony meg a lánya, a Házasság olasz módra, a Tegnap, ma, holnap, Marcello Mastroiannival pedig az olasz film új sztárpárosa lettek. Az Egy asszony meg a lánya című olasz filmmel Oscar-díjat is nyert, 1962-ben. Ekkor már az amerikai filmszakma is kiszemelte magának, s olyan sztárokkal játszott együtt, mint Marlon Brando, Anthony Quinn, Charlton Heston, Clark Gable, John Wayne, Gregory Peck, Paul Newman vagy William Holden. A UNICEF jószolgálati nagykövete posztot barátnőjétől, Audrey Hepburntől vette át. Több könyvet is írt. Svájcban él egyszerű, fegyelmezett életet.