Sotnikova troefde met een prachtige vrije kür - met 149.95 punten de beste van het veld - titelverdedigster Yu-Na Kim af.
De Zuid-Koreaanse leidde nog nipt na de korte kür van woensdag, maar kwam uiteindelijk ruim vijf punten tekort: 224.59 om 219.11.
Het brons ging naar de Italiaanse Carolina Kostner, haar eerste olympische medaille. De vijfvoudig Europees kampioene kreeg in totaal 216.73 punten van de jury.
Mao Asada, die vier jaar geleden in Vancouver tweede werd, revancheerde zich met een sterke vrije kür voor haar zestiende plek in de korte kür, waardoor ze nog naar de zesde plaats klom.
De Japanse eindigde zo net achter Yulia Lipnitskaya. De pas vijftienjarige regerend Europees kampioene werd voor de wedstrijd een goede kans toegedicht op goud, maar de Russische werd uiteindelijk vijfde.
Sceptici vonden de rapportcijfers van Sotnikova, wellicht bijgekleurd door het thuisvoordeel, ietwat aan de hoge kant. Feit bleef dat de winnares imponerend reed en geen fouten maakte.
"Ik heb iets heel nieuws ontdekt bij mezelf. Anders ben ik altijd bloednerveus, vandaag werd ik als bij toverslag compleet rustig en voelde mijn liefde voor het kunstrijden'', zei de gelukkige Russische.
Kim deed ook een bekentenis. "Eigenlijk houd ik er helemaal niet van als laatste het ijs op te moeten. Dat betekent alleen maar extra druk'', zei de blessuregevoelige Koreaanse, die na deze winter haar rijke carrière in de actieve sport beëindigt.
Adelina Sotnikova | Foto: ANP