Sofía de Luxemburgo (en alemán, Sophie von Luxembourg; Colmar-Berg, 14 de febrero de 1902-Múnich, 24 de mayo de 1941) fue la sexta y la menor de las hijas del gran duque Guillermo IV de Luxemburgo y de su esposa, la infanta María Ana de Portugal.
Sofía nació en el Castillo de Berg. Dos de las hermanas mayores de Sofía reinaron como grandes duquesas de Luxemburgo, María Adelaida y Carlota.
Sofía se casó con el príncipe Ernesto Enrique de Sajonia, hijo menor del último monarca sajón, Federico Augusto III de Sajonia, y de su esposa, la archiduquesa Luisa de Austria-Toscana, el 12 de abril de 1921 en el Palacio de Hohenburg. Sofía y Ernesto Enrique tuvieron tres hijos varones:
Sofía murió el 24 de mayo de 1941 en Múnich de neumonía. Había estado aislada de casi todas sus hermanas debido a la Segunda Guerra Mundial, solo teniendo contacto con su hermana Isabel. Su madre la sobrevivió un año. Después de su muerte, Ernesto Enrique se casó por segunda vez y morganáticamente con Virginia Dulon el 28 de junio de 1947 en París.