Leonor Sofía era la última hija del príncipe Juan II de Schleswig-Holstein-Sonderburg, el tercer hijo del rey Cristián III de Dinamarca y de Dorotea de Sajonia-Lauenburgo, y de su segunda esposa, Inés Eduviges de Anhalt, hija del príncipe Joaquín Ernesto de Anhalt.

En 1630, su esposo sucedió a su padre, Cristián I, como príncipe de Anhalt-Bernburg.

Después de la muerte de su esposo en 1656, su hijo Víctor Amadeo se convirtió en príncipe de Anhalt-Bernburg.

Fue enterrada en la cripta de la Iglesia del Castillo de St.

El 28 de febrero de 1625, Leonor se casó con el príncipe Cristián II de Anhalt-Bernburg en Ahrensbök.