В Курске прошли ее детские и юношеские годы, отсюда она сделала первый шаг в науку. С малых лет Софья увлекалась чтением научно-популярной литературы, изучала химию, ботанику и зоологию, собирала ботанические и энтомологические коллекции. Именно это увлечение и определили ее жизненный путь и выбор профессии. Родители постарались дать ей хорошее образование. После окончания в 1869 году с золотой медалью Мариинской гимназии Курска. В 1870–1871 продолжала свое самообразование в Харькове. Слушала публичные лекции по химии и занимаясь анатомией человека, зоологией и ботаникой. В 1872 году в «Трудах Харьковского общества испытателей природы» были напечатаны ее первые научные работы. В 1872 году поступила в университет в Цюрихе. Здесь она окончательно сформировалась как зоолог. Занимаясь научной работой, С. М. Переяславцева стала одним из организаторов «Русской общественной библиотеки», в 1875 году защитила диссертацию она возвратилась на родину. Поселилось в Петербурге. Принимала участие в работе зоологического отделения Петербургского общества естествоиспытателей.
В 1878 году Новороссийское общество естествоиспытателей пригласило С. М. Переяславцеву заведовать Севастопольской биологической станцией. Основные научные исследования С. М. Переяславцевой посвящены вопросам морфологии, систематики, эмбриологии беспозвоночных. Изучала эмбриологию ракообразных, паукообразных. Описала около 40 новых для науки видов беспозвоночных. В 1889 году на VIII съезде естествоиспытателей и врачей, где ей предоставлено право председательствовать, сделала блестящий доклад.
С 1 января 1891 года С. М. Переяславцева оставила заведование Севастопольской станцией и снова осталась без всяких средств к существованию. Лишь в 1892 году Московское общество испытателей природы предоставило ей научную командировку на Неаполитанскую станцию, где она провела около года. В 1893 году IX съезд русских естествоиспытателей присудил С. М. Переяславцевой премию имени К. Ф. Кесслера за обширную монографию о турбелляриях Черного моря. Эта премия дала ей возможность поехать в Париж, где она выполнила большую работу по развитию жгутоногих – до этого времени почти совершенно не изученного отряда паукообразных. Последним трудом С. М. Переяславцевой было исследование по эмбриональному развитию скорпионов, которое она представила в рукописи на конкурс Московского общества испытателей природы. В 1902 году Общество удостоило эту работу премии имени Е. К. Кандинской. Этот труд был опубликован после ее смерти в 1907 году.