ในช่วงสุดท้ายของพระชนม์ชีพ พระองค์ทรงประทับอยู่แต่ในพระตำหนัก ไม่ทรงออกงานปฏิบัติพระกรณียกิจอันใดเลย เหตุผลเนื่องจากการสิ้นพระชนม์ของพระโอรสองค์รองของพระองค์ สมเด็จพระจักรพรรดิแม็กซีมีเลียนแห่งเม็กซิโก พระองค์จึงทรงอยู่ในห้วงแห่งความทุกข์ตลอดมาจนกระทั่งสิ้นพระชนม์

อาร์ชดัชเชสโซฟีสิ้นพระชนม์เมื่อวันที่ 28 พฤษภาคม พ.ศ. 2415 ด้วยเนื้องอกในสมอง พระศพถูกฝังไว้ที่วิหารฮาพส์บวร์ค กรุงเวียนนา โดยถูกฝังเคียงข้างพระสวามี