เจ้าหญิงมารี โซฟีแห่งเฮสส์-คาสเซิลเป็นพระราชธิดาพระองค์โตในเจ้าชายชาร์ลส์แห่งเฮสส์-คาสเซิลกับเจ้าหญิงหลุยส์แห่งเดนมาร์ก พระนางประสูติในวันที่ 28 ตุลาคม พ.ศ. 2310 ณ เมืองฮาเนา แคว้นเฮสส์ พระอัยกาและพระอัยยิกาฝ่ายพระบิดาของพระนางคือ เฟรเดอริคที่ 2 แลนด์เกรฟแห่งเฮสส์-คาสเซิลและเจ้าหญิงแมรีแห่งบริเตนใหญ่ ซึ่งเป็นพระราชธิดาในพระเจ้าจอร์จที่ 2 แห่งบริเตนใหญ่กับสมเด็จพระราชินีคาโรลีนแห่งบริเตนใหญ่ พระอัยกาและพระอัยยิกาฝ่ายพระมารดาของพระนางคือ พระเจ้าเฟรเดอริกที่ 5 แห่งเดนมาร์กกับสมเด็จพระราชินีหลุยส์แห่งเดนมาร์กซึ่งเป็นพระราชธิดาอีกพระองค์หนึ่งของพระเจ้าจอร์จที่ 2 กับสมเด็จพระราชินีคาโรลีน พระบิดาของเจ้าหญิงมารี โซฟีเป็นพระราชโอรสพระองค์ที่สองของแลนด์เกรฟและผู้ปกครองแห่งเฮสส์-คาสเซิล เนื่องจากเป็นพระโอรสองค์รองทำให้ทรงไม่มีพระอิศริยยศผู้ปกครองแคว้น ดังนั้นพระองค์จึงทรงดำรงในพระอิศริยยศดังกล่าว และทรงเป็นสมาชิกราชวงศ์เฮสส์ ราชสำนักเดนมาร์กได้เสนอตำแหน่งต่างๆที่ดีกว่าตำแหน่งจากเฮสส์-คาสเซิลแก่พระองค์

เจ้าหญิงมารี โซฟีทรงเจริญพระชันษาในเดนมาร์ก ที่ซึ่งพระบิดาของพระนางทรงได้รับพระอิศริยยศของเดนมาร์ก ซึ่งก็คือ ตำแหน่งผู้ว่าการแคว้น พระมารดาของพระนางเป็นพระธิดาพระองค์ที่สามของพระเจ้าเฟรเดอริกที่ 5 แห่งเดนมาร์กกับหลุยส์แห่งบริเตนใหญ่ สมเด็จพระราชินีแห่งเดนมาร์ก ซึ่งทำให้เจ้าหญิงทรงมีศักดิ์เป็นพระนัดดาในพระเจ้าคริสเตียนที่ 7 แห่งเดนมาร์กและเป็นพระญาติชั้นหนึ่งของมกุฎราชกุมารเฟรเดอริค ซึ่งต่อมาคือพระสวามีของพระนาง