Софроний Врачански учи в килийно училище в родния си град по църковнославянски и гръцки църковни 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 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 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.

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 тогавашната руско-турска война. 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 църковнославянски и гръцки източници — единственото отпечатано съчинение на Софроний Врачански. Сборникът 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“.

Неизвестна е датата на смъртта на Софроний (датира се по последния подписан документ от него – 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.