Après deux courts métrages primés, Entre chiens et loups et La maison verte, Sylvie réalise son premier long métrage en 1997, Un frère, qui permettra à Emma de Caunes d’obtenir le César du meilleur espoir féminin et qui sera sélectionné au Festival de Cannes 1998 dans la sélection « Cinéma en France ».
En 2002, Sylvie écrit et réalise son second long métrage, Princesses, puis en 2008 elle tourne Stella, qui sera notamment sélectionné à la 65ᵉ Mostra de Venise.
En 2012, elle réalise Confession d’un enfant du siècle avec Pete Doherty et Charlotte Gainsbourg, qui fera partie de la sélection « Un Certain Regard » de la 65ᵉ édition du Festival de Cannes. En 2016, elle tourne Sex Doll avec Hafzia Herzi, puis Madame Claude en 2019, avec Garance Marillier, Karole Rocher et Roschdy Zem. En 2021 elle réalise et co-écrit Stella est amoureuse.