русская графиня, правнучка первого министра просвещения П. В. Завадовского, супруга Л. Н. Толстого. Мать Сергея, Татьяны, Ильи, Льва, Марии и Александры Толстых.
Получив хорошее домашнее образование, в 1861 г. сдала экзамен на звание домашней учительницы в Московском университете, причем выделилась русским сочинением, поданным профессору Н. С. Тихонравову, на тему «Музыка». В августе 1862 г. она с семьей ездила к деду А. М. Исленьеву в имение его законной жены Софьи Александровны в селе Ивицы Одоевского уезда Тульской губернии и по дороге гостила у Л. Н. Толстого в Ясной Поляне. 16 сентября того же года Толстой сделал ей предложение; через неделю, 23 числа, состоялась их свадьба, после которой Толстая на девятнадцать лет сделалась жительницей деревни, изредка выезжая в Москву. Первые годы их супружеской жизни были самыми счастливыми. В 1880-90-е гг., вследствие изменения взглядов Толстого на жизнь, в семье произошел разлад. Софья Андреевна, не разделявшая новых идей мужа, его стремлений отказаться от собственности, жить своим, преимущественно физическим трудом, все же прекрасно понимала ценность его идей. На протяжении многих лет оставалась верной помощницей мужа в его делах: переписчицей рукописей, переводчиком, секретарем, издателем его произведений. Она также писала повести, детские рассказы, мемуарные очерки. В течение всей своей жизни, с небольшими перерывами, вела дневник, о котором говорят как о заметном и своеобразном явлении в мемуаристике и литературе о Толстом. После смерти мужа продолжила издательскую деятельность, выпустив свою переписку с мужем, завершила издание собрания сочинений писателя. Последние годы жизни провела в Ясной Поляне. Похоронена на Кочаковском кладбище, недалеко от Ясной Поляны.