Sofia jest miastem z historią sięgającą tysiące lat wstecz. Wiele narodów zamieszkiwało Sofię i jej okolice pozostawiając po sobie liczne ślady.
Wiele osad z epoki neolitu znaleziono w okolicach Sofii, a w samym centrum stolicy znaleziono ostatnio osadę wybudowana
3 000 lat przed n.e. Trackie plemię Serdi zamieszkiwało Sofię w VII wieku p.n.e. i nadało miastu pierwszą zanotowaną nazwę „Serdika”.
W czasach Bizancjum Sofię nazywano Triadica, a Słowianie ochrzcili ją Sredec. Obecną nazwę miasta nadano w XIV wieku, wywodzi się ona z bazyliki Św. Sofia. Słowo „sofia” oznacza w języku greckim „mądrość”.

W III wieku Rzymianie wybudowali potężne mury obronne wokoło Serdiki. W tamtych czasach Serdika była stolicą Wewnętrznej Dacji oraz strategicznym punktem drogi z Naisus (obecne miasto Nisz w Jugosławii) do Konstantynopola.

Obecnie jest w Sofii wiele zabytków archeologicznych przedstawiające dawną historię miasta - miejska brama i wieże Serdiki, budynki oraz ulice wybudowane tysiące lat temu. Spora część zabytków znajduje się pod ważnymi budynkami nowoczesnymi, co utrudnia ich badanie i eksponowanie. Wiadomo, że pod hotelem Sheraton znajduje się antyczny budynek gminy (bulefteris), a liczne bazyliki znajdują się pod
Narodowym Muzeum Historii. Rzymskie łaźnie znajdują się pod Sofijskimi Mineralnymi Łaźniami, a olbrzymia rzymska rezydencja
znajduje się pod hotelem Riła.

Po inwazji Hunów w 441 roku, miasto zostało odbudowane przez Bizancjum. Słowianie z kolei nadali miastu znaczącą rolę w czasach Pierwszego Państwa Bułgarskiego do roku 1018, kiedy z powrotem
zostało przejęte przez Bizancjum. Pod koniec XII wieku Bułgarzy
odzyskali Sredec, który stał się jednym z największych centrów handlu Drugiego Państwa Bułgarii.

Turcy zajęli Serdikę w 1382 roku i zrobili ją stolicą okręgu Rumelia. Miasto zostało zniszczone w XIX wieku po feudalnym powstaniu, a po odzyskaniu przez Bułgarię niepodległości w 1879 roku, stało się stolicą Trzeciego Bułgarskiego Państwa.

Wizerunek miasta szybko zmienił się z orientalnego na europejski. Obecnie sporo ulic, budynków, parków, a nawet całe osiedla zachowały architektoniczny styl z przełomu wieku XIX i XX. W okresie 1879 - 1939 populacja Sofii wzrosła z 20 000 do 300 000,
a obecnie miasto ma 1 250 000 mieszkańców.

Od czasów starożytnych Sofia słynęła ze swoich źródeł mineralnych. Większość z nich zachowała się po dziś dzień. Lecznicze właściwości wód mineralnych Sofii można sprawdzić w samym centrum miasta oraz w dzielnicach Kniażewo, Gorna Banja, Bankia, Owcza Kupeł oraz Iwaniane.