Sofia Carlota de Brandenburg-Bayreuth (27 de julho de 1713 - 2 de março de 1747), foi uma nobre alemã, membro da Casa de Hohenzollern e, por casamento, duquesa de Saxe-Weimar e Saxe-Eisenach.
Nascida em Weferlingen, era a quarta dos cinco filhos nascidos do casamento de Jorge Frederico Carlos, Marquês de Brandemburgo-Bayreuth e da princesa Doroteia de Schleswig-Holstein-Sonderburg-Beck. Em 1716, a sua mãe foi condenada por adultério e presa. É provável que as duas nunca mais se tenham voltado a ver.
Em Bayreuth, a 7 de Abril de 1734, Sofia Carlota casou-se com Ernesto Augusto I, Duque de Saxe-Weimar, tornando-se a sua segunda esposa. Juntos, tiveram quatro filhos:
Carlos Augusto de Saxe-Weimar (1 de Janeiro de 1735 - 13 de Setembro de 1736), príncipe-herdeiro de Saxe-Weimar, morreu aos oito meses de idade.
Ernsto Augusto II, Duque de Saxe-Weimar-Eisenach (2 de Junho de 1737 - 28 de Maio de 1758), casado com Ana Amália de Brunsvique-Volfembutel; com descendência.
Ernestina Augusta de Saxe-Weimar (4 de Janeiro de 1740 - 10 de Junho de 1786), casada com Ernsto Frederico III, Duque de Saxe-Hildburghausen; com descendência.
Ernesto Adolfo de Saxe-Weimar (23 de Janeiro de 1741 - 1743) [?].
A 26 de Julho de 1741 Sofia tornou-se também duquesa-consorte de Saxe-Eisenach quando o seu marido herdou esses territórios.
Sofia Carlota morreu em Ilmenau aos trinta-e-três anos de idade. Foi enterrada nessa mesma cidade.