Сведения за неговия живот се съдържат в автобиографичната му творба „Житие и страдание грешнаго Софрония”, приемано от съвременните историци като литературен шедьовър и ценен исторически извор за епохата на Възраждането.
След като овдовял, поп Стойко приема монашеско пострижение с името Софроний и към средата на 70-те години на XVIII в. заминал за Атон, за да издирва допълнителни сведения за българската история. След връщането си от Света гора бил подложен на множество изпитания, заради просветно-родолюбива си дейност.
През 1794 г. йеромонах Софроний е ръкоположен за епископ на Врачанската епархия, която, като център на размирици и кърджалийски опустошения, е била отбягвана от гръцките духовници. Той пристигнал във Враца и въпреки размириците разгърнал активна просветителска дейност в селищата от своята епархия и проповядвал на роден език.
В края на XVIII в. св. Софроний Врачански е един от най-талантливите и активни книжовници в българските земи. Oсвен двата преписа на Паисиевата История (1765 г. и 1781 г.), той изготвя и няколко църковно-религиозни ръкописа.
През 1802 г., по време на принудителния си престой във Видин, успява да изготви два обемисти сборника с църковни слова и поучения, преведени от гръцки език. През 1806 г. в Римник издава първата печатна книга на новобългарски език: Кириакодромион, сиреч Неделник, станала по-късно популярна сред народа с името „Софроние“.
Успоредно с книжовните си занимания, в Букурещ св. Софроний разгръща и активна политическа дейност.
Под негово ръководство в столицата на Влашко се обособява емигрантски политически кръг, който се заема с разрешаване на българския политически въпрос. С Букурещкия кръг се свързва организирането на първата дипломатическа мисия на българите през 19 в.
През руско-турската война (1806-1812 г.) св. Софроний установява връзка с командването на руските войски. Руското командване го приема за официален представител на целия български народ. С негово съдействие през 1810 г. се формира боен отряд, наречен „Болгарское земское войско“, който участва във войната и се отличава особено при щурма на Силистра. След приключване на войната св. Софроний се грижи за българските бежанци, напуснали България заедно с изтеглящите се руски войски.
В напреднала възраст се оттегля в неизвестен румънски манастир в околностите на Букурещ. Последните вести за него са от 1813 г. Предполага се, че това е и годината на неговата смърт.
