Sotnikowa zadebiutowała na Zimowych Igrzyskach Olimpijskich 2014 w Soczi. Nie została jednak wybrana do reprezentacji na zawody drużynowe, gdyż do obu programów została wyznaczona Julija Lipnicka. Zaś w konkurencji solistek Sotnikowa zajmowała drugie miejsce po programie krótkim z nieznaczną stratą 0.28 pkt do obrończyni tytułu, Koreanki Kim Yu-ny. Kontrowersje pojawiły się kolejnego dnia przy ocenie programu dowolnego solistek. Sotnikowa wygrała program dowolny z przewagą aż 5.76 pkt nad Yu-ną co pozwoliło jej zostać złotą medalistką olimpijską i wygrać z drugą Yu-ną oraz Włoszką Kostner. Jednak ostateczne rozstrzygnięcie zawodów wywołało zaskoczenie, a niektórzy twierdzą, że był to skandal, który zabrał Koreance złoto olimpijskie. Sotnikowa nie była faworytką zawodów, a szczegółowe oceny, które otrzymała od sędziów były kontrowersyjne, podobnie jak w przypadku innych Rosyjskich zawodniczek. Sotnikowa otrzymała więcej punktów za elementy techniczne pomimo jej słabszej, mniej dojrzałej techniki łyżwiarskiej od uważanych za dużo bardziej doświadczonych, lepszych artystycznie i technicznie łyżwiarek takich jak Mao Asada, Ashley Wagner, Carolina Kostner czy Kim Yu-na.