Карл Питер Ульрих был внуком Петра Великого Российского. Его мать, Анна Петровна Романова, была дочерью Петра от второй жены, Екатерины. Она умерла от туберкулеза в возрасте двадцати лет, всего через два месяца после рождения сына. Отцом мальчика был Карл Фридрих, герцог Голштин-Готторпский, племянник Карла XII Шведского. Он скончался в июне 1739 года в возрасте тридцати девяти лет. После смерти отца Карла Питера Ульриха отдали под покровительство кузена его отца и дяди Софии — Адольфа Фридриха. Они с Софией были кузенами.
Недавно осиротевший мальчик считался в это время чем-то вроде чуда. Он был хорошеньким, обходительным, с приятными манерами. Карл Питер Ульрих чувствовал себя одиноким и потерянным. Тоскуя по любви и по какой-нибудь женской компании, он сразу же принял живую и привлекательную Иоганну и очень ревновал ее к Софии. Хотя сама София едва замечала его, родственники детей уже склонны были видеть в них будущую пару. Ожидалось, что юный герцог станет однажды королем Швеции. И естественно, София не питала отвращения к мысли, что может однажды стать королевой. Она все-таки была воспитана в предположении, что выйдет замуж в какую-нибудь правящую семью, и чем выше может стать ее положение, тем лучше. Но ее перспективы разумно распространялись лишь на область связей ее родителей, и она сомневалась относительно своих личных качеств. Она не считала себя красивой (ни Бабет, ни родители не расточали непомерных похвал и лести), и рано начала понимать, что должна научиться делать себя привлекательной другим способом, если хочет преуспеть в искусстве обольщения. Но пока планы на замужество были еще не актуальны. Вернувшись в Штеттин, она продолжила заниматься с учителями и с Бабет и не особенно торопилась взрослеть. Ее семья время от времени обсуждала различных возможных поклонников, среди них и принца Генриха Прусского, но она считалась еще слишком юной для серьезных планов на будущее.
В 1742 году, когда Софии исполнилось 13 лет, произошло несколько важных семейных событий. Принц Христиан Август перенес удар, от которого пострадала левая сторона тела, хотя выздоравливал он довольно быстро. Еще большим несчастьем стала смерть двенадцатилетнего брата Софии, Вильгельма. Иоганна была безутешна; ее горе лишь отчасти смягчилось после рождения через несколько месяцев еще одной дочери. Малышке дали имя Элизабет в честь императрицы России, которая стала ребенку крестной матерью.
Императрица Елизавета, захватившая российский престол во время переворота 1741 года, имела давние связи с Голштин-Готторпами. Не только ее сестра Анна Петровна вышла замуж за герцога Карла Фридриха, но и сама она была помолвлена со старшим братом Иоганны принцем Карлом Августом. Однако эта свадьба не состоялась, поскольку Карл Август умер в России от оспы в мае 1727 года в возрасте всего лишь двадцати лет. Елизавета, женщина очень сентиментальная, сберегла романтическую память о своем молодом женихе, и Иоганна, стараясь сохранить семейные связи, вскоре после того, как она захватила власть, написала ей поздравительное письмо, пожелав долгого царствования. Императрица ответила на наречение ребенка ее именем, прислав Иоганне маленькую копию собственного последнего портрета в обрамлении из бриллиантов.
Инсульт принца Христиана Августа, смерть Вильгельма и рождение маленькой Элизабет сопровождались сменой резиденции. В ноябре 1742 года Христиан Август совместно со своим старшим братом стал править Ангальт-Цербстом — маленьким суверенным княжеством с населением всего 20 000 человек. Чтобы занять свое новое положение (его брат являлся соправителем только номинально), Христиан Август уходит в отставку из прусской армии в чине фельдмаршала и со всей семьей совершает переезд на 150 миль — в средневековый городок Цербст, который обнесен стенами, башнями и рвом и представляет собою приятный контраст со Штеттином. Их новой резиденцией стал маленький дворец в стиле барокко, построенный в 80-х годах XVII века.