Софроний Врачански е роден през 1739 година в Котел в семейството на заможен търговец на добитък със светското име Стойко Владиславов. Учи в килийно училище в родния си град по старобългарски и гръцки черковни книги. Работи като абаджия, но се забелязва стремежът му към духовни занимания. През 1762 година е ръкоположен за свещеник, работи и като учител и книжовник в Котел. Голямо влияние върху дейността му оказва срещата му с Паисий Хилендарски през 1765 година в Котел. Отец Паисий му показва „История славянобългарска“, от която той прави препис, известен днес като Първи Софрониев препис. Самият Стойко Владиславов пътува до Света гора през 1770 – 1775 година.
През 80-те години синът му Иван (или Цонко), който се занимава с мащабна търговия с добитък, задлъжнява към местния епископ, предизвиквайки конфликт между него и Стойко Владиславов. Позовавайки се на контактите на поп Стойко със знахарки, владиката на два пъти му налага тригодишни забрани за служене. След това е обвинен от местните власти в незаконна продажба на добитък, който е държавна собственост, арестуван е и е измъчван, но е освободен, след като плаща 1500 гроша.
През 1792 година напуска Котел, служи в енорията в Карнобат. Пътува до Цариград, Света гора, Анхиало, Арбанаси и през 1794 година става монах в Къпиновския манастир, а на 17 септември същата година е ръкоположен за епископ на Враца под името Софроний. Там развива обществена дейност и по някои сведения става инициатор за изпращане на политическа делегация в Москва от името на врачанските граждани. Поддържа връзки с гръцките фанариотски среди, посещава и манастира „Седемте престола“ в Стара планина, който е във Врачанска епархия. След случилите се през 1797 година размирици във Враца с участието на войските на видинския паша Осман Пазвантоглу напуска града и пътува из Северозападна България. За три години се задържа във Видин, където по това време управлява като полунезависим владетел Пазвантоглу. Този период е важен за изясняване на целите му като писател.
Във Влашко
През 1803 година Софроний Врачански заминава за Букурещ, където служи като висше духовно лице. От епископската длъжност е освободен по негово настояване, но продължава да се подписва като Софроний Врачански. От 1806 до 1812 година е един от най-видните представители на българския народ в отношенията с руското командване след Руско-турската война. На 10 януари 1808 година изпраща от Букурещ пълномощно на българския представител в Петербург Иван Замбин, заминал на дипломатическа мисия там заедно с Атанас Николаев през октомври 1804 г. от страна на българската емиграция във Влашко. Това е първият опит да се привлече вниманието на руското правителство към българския политически въпрос. През последните си години се оттегля в манастир край Букурещ.
Най-добрите свои творби Софроний Врачански пише в букурещкия си период. „Кириакодромион, сиреч Неделник“ е сборник от поучения и слова за всички неделни и празнични дни в годината, написани въз основа на старобългарски и гръцки източници – единственото отпечатано съчинение на Софроний Врачански. Отпечатан е в град Ръмник-Вълча през 1806 година. Сборникът има историческо значение – поставя началото на новобългарската печатна книга и налага говоримия език като книжовен. Книгата става широко популярна под името „Софроние“. Пише и друг сборник – „Неделное евангелское толкование“ (1805, Регионален исторически музей, Шумен). „Житие и страдания грешнаго Софрония“ и „Възвание към българския народ“ превръщат Софроний в най-видния представител на българската литература от началото на 19 век.
Неизвестна е датата на смъртта на Софроний (датира се по последния подписан документ от 2 август 1813 година). Същата година Димитър Попски пише за него ода. Канонизиран е за светец на 31 декември 1964 година от Българската православна църква, а паметта му се чества на 11 март.
