В течение пятнадцати лет (1957-1972) Лорен удалось поработать практически со всеми самыми популярными актёрами и секс-символами Голливуда: Энтони Перкинсом, Энтони Куинном, Кларком Гейблом, Питером Селлерсом, Чарлтоном Хестоном, Полом Ньюманом, Грегори Пеком, Марлоном Брандо, Питером О’Тулом и многими другими.

Несмотря на успехи в кино, жизнь Софи Лорен была омрачена отсутствием детей, в результате которого родила в 1968 году Карло Понти-младшего (ныне — дирижёр Венского оркестра), а четыре года спустя — второго сына Эдуардо (режиссёр).

Во второй половине 1970-х Лорен все реже появляется в кино, а с 1984 года её роли становятся и вовсе единичными. В 1979-80 годах она опубликовала автобиографическую книгу и выпустила основанный на ней телефильм. В 1982 году была приговорена к 18-дневному заключению за уклонение от налогов. В течение последующих лет написала ещё одну книгу воспоминаний и основала парфюмерную серию. В 1999 году вышла её книга «Рецепты и воспоминания».

В 1994 году она в последний раз снялась с Мастроянни в фильме Роберта Олтмена «Высокая мода», а в 1996 году сыграла с Джеком Леммоном и Уолтером Маттау в американской комедии «Старые ворчуны разбушевались».

В 2007 году семидесятидвухлетняя актриса снялась обнажённой для известного календаря «Пирелли». Из аксессуаров на ней были лишь бриллиантовые серьги.

Именно де Сика в полной мере открыл актёрское дарование Софи Лорен. Практически все наиболее значительные роли были сыграны ею в фильмах этого режиссёра — «Чочара» (1961, приз Каннского фестиваля), «Вчера сегодня завтра» (1963), «Брак по-итальянски» (1964, приз Московского фестиваля), «Подсолнухи» (1970). В трех последних картинах партнером Софи Лорен был Марчелло Мастроянни, с которым они составили один из самых знаменитых дуэтов в истории кино.

Вершиной актёрского мастерства Софи Лорен было исполнение роли матери в «Чочаре» — неореалистическом фильме, снятом по роману Альберто Моравиа. В одной из кульминационных сцен героиня Лорен становится жертвой грубого насилия. Актёрская выразительность и органичность Лорен произвели такое впечатление на заокеанских кинокритиков, что за эту роль ей была присуждена премия «Оскар». Это первый случай, когда премия в данной номинации вручена за фильм, снятый не на английском языке.

С 1957 года Лорен регулярно поступали предложения сниматься в Голливуде. Она активно, хотя и не очень успешно работала на американской фабрике грёз, по контрактам с такими компаниями как MGM и Paramount Pictures. Одним из её первых голливудских фильмов был «Гордость и страсть» с Фрэнком Синатрой и Кэри Грантом (1957). О влюбленности Гранта в итальянскую актрису было много написано, но доподлинно известно мало. Также много домыслов возникало относительно предложений руки и сердца со стороны английского актёра Питера Селлерса. По мнению некоторых биографов, всё это были лишь рекламные трюки.

Для съёмок в вестерне «Чертовка в розовом трико» (1960) актриса впервые перекрасилась в блондинку. За провальную сагу «Падение Римской империи» она одной из первых в мире получила неслыханный дотоле гонорар в миллион долларов. В 1967 году ей довелось сыграть русскую проститутку в последнем фильме великого Чарли Чаплина — «Графине из Гонконга».

Первоначально Понти позиционировал свою избранницу в качестве секс-бомбы в таких малоизвестных картинах, как «Торговля белыми рабынями» (1953). Зачастую действие этих фильмов происходило в экзотической обстановке, давая Лорен возможность щеголять перед зрителями в замысловатых нарядах. С другой стороны, будущая суперзвезда не стеснялась наготы, так что в ряде картин её можно было увидеть топлесс. В начале 60-х годов Карло Понти выкупил все фильмы юной Лорен, где она была обнажённой, во избежание международного скандала.

К середине 50-х годов София стала звездой и секс-символом Италии. Первоначально актриса снималась под псевдонимом Ладзаро, но в 1953 году по настоянию Понти сменила его на Лорен. Первым фильмом Лорен, вышедшим в прокат за пределами Италии, был «Аттила — бич божий» (1955) с Энтони Куинном.

Внимание серьёзных кинокритиков Лорен впервые привлекла в фильме Витторио Де Сика «Золото Неаполя» (1954), в котором она попала в родную стихию, сыграв энергичную неаполитанскую лавочницу. Роли обычных женщин из народа, которых она хорошо знала в детстве и одной из которых могла бы стать, удавались ей лучше всего и вызывали наиболее благосклонные отзывы критиков.