Софья Абрамовна Могилевская родилась в Москве.  Отец — известный московский виолончелист и музыкальный педагог А.И. Могилевский — с детства учил детей музыке и планировал дать им музыкальное образование. Софья училась игре на фортепиано сначала дома, затем в музыкальной школе имени Гнесиных, потом закончила музыкальный техникум им. Глазунова.

На лето семья выезжала на дачу в подмосковное Крёкшино. В сентябре 1909 года в Крёкшине у Черткова жил Лев Толстой.  Встреча с Толстым и его суждения о музыке произвели сильное впечатление на будущую писательницу и впоследствии отразилась в её творчестве («Виолончель Санта-Тереза», «Лето в Крёкшине»).

В 1928 году Софья Могилевская поступает в Московскую консерваторию, на педагогический факультет, но в 1932 бросает её, не закончив обучение.

В 1932 —1934 годы работает корреспондентом московской областной газеты «За коллективизацию». С середины 1930-х годов начинает писать рассказы и повести для детей и целиком отдаёт себя литературному творчеству. Первая книга «Лагерь на льдине» о подвиге челюскинцев выходит в 1935 году. Затем Могилевская знакомится с Иваном Кутяковым, командиром Чапаевской дивизии (принявшим командование после смерти Чапаева) и под влиянием рассказа о мальчике из чапаевской дивизии пишет повесть «Чапаёнок», а затем другие произведения для детей о Гражданской войне.

Перед самой войной выходит повесть «Марка страны Гонделупы», принёсшая Могилевской впоследствии всесоюзную известность.

Во время войны С. А. Могилевская работает в детском доме в деревне Цыбикнур Марийской республики, о чём потом напишет в книге «Дом в Цыбикнуре» (1949). По окончании войны возвращается в Москву и продолжает много писать для детей. Её повести о детях и подростках, о школе, музыке, театре, спорте издаются и переиздаются, переводятся на разные языки и находят благодарных читателей среди новых и новых поколений ребят.