Née en République Tatare, elle a étudié le piano avec Grigory Kogan, la composition au Conservatoire de Kazan, puis au Conservatoire de Moscou dans la classe de Nicolaï Peïko, assistant  de Chostakovitch, et avec Vissarion Chebaline. Ses oeuvres commencent à être connues à partir de 1963. En 1975,  avec Sousline et Artyomov, elle fonde l'ensemble "Astreya" spécialisé dans l'improvisation sur les instruments rares, rituels ou populaires provenant des républiques de Russie, du Caucase, de l'Asie Centrale et Orientale . L'expérience de cette période avec les sons et les timbres insolites et rares a profondément influencé l'inspiration créatrice de Sofia Goubaïdoulina, aujourd'hui l'un des compositeurs les plus connus en Occident.