Pe cand avea doar 16 ani, Sophia l-a intalnit pe Carlo Ponti. La inceput, acesta era doar un producator de film pentru ea. El as-a dovedit, insa, a fi persoana care i-a schimbat intreaga viata lui Loren si a pus-o pe o traiectorie ascendenta in lumea filmului. A invatat-o despre bunele maniere, a ajutat-o sa scape de accent, a sfatuit-o sa citeasca volume despre arta si a insistat sa invete engleza.

S-au cunoscut la un concurs de frumusete. Pe atunci, el era casatorit si avea deja doi copii. Insa, in ciuda diferentei de varsta de 22 de ani si a statutului lui marital, cei doi s-au apropiat si si-au dat seama ca sentimentele sunt mai mari decat cele dintre un barbat cu experienta si protejata lui.

In anii '50 era nevoie de permisiunea Vaticanului pentru ca italienii catolici sa poata divorta. Lui Ponti nu i s-a acordat, dar acesta a facut o calatorie in Mexic, unde a divortat de sotia lui si s-a insurat cu Loren. Lucrurile pareau sa se aseze pentru actrita si producator. Surpriza neplacuta, insa, la intoarcerea acasa. In Italia, mariajul dintre Carlo si Sophia nu era recunoscut legal. El a fost acuzat de bigamie, iar ea, de concubinaj ilegal. Nici macar nu aveau dreptul de a se afisa impreuna in public. Pentru ca nu au vrut sa urmeze regulile societatii si nici sa renunte la relatia lor, cei doi au plecat din Italia si au trait in exil, incercand sa-si faca dreptate. Nu au reusit cu usurinta, asa ca au mers in Franta si si-au luat cetatenia franceza. Si fosta lui partenera i-a ajutat si si-a luat si ea cetatenia franceza pentru a divorta. Intr-un final, in 1966, Sophia si Carlo s-au casatorit din nou, de data aceasta legal.

Sophia nu a vrut sa fie doar sotie, ci si-a dorit o familie in adevaratul sens al cuvantului. A visat mereu sa fie mama, dar, din pacate, drumul spre implinirea acestei dorinte nu a fost usor. A trecut prin doua avorturi spontane si a facut tratamente hormonale. A reusit sa devina mama a doi baieti, Carlo Jr. si Edoardo, intre care este o diferenta de patru ani, scrie Bright Side. Cei doi sunt nascuti in decembrie 1968, respectiv ianuarie 1973.

In 2009, Loren spunea pentru People: „Imi e dor de el. Cateodata ma simt foarte singura. Nu e adevarat ca trecerea timpului vindeca durerea".