Sylvie Testud décide de devenir actrice après avoir vu Charlotte Gainsbourg dans
L'Effrontée. Elle vient à Paris pour suivre la classe libre du cours Florent, puis le Conservatoire. Elle rencontre pour la première fois le succès en Allemagne grâce à
Maries Lied : Ich War, Ich Weiss Nicht Wo. Elle obtient le César de la meilleure actrice allemande pour sa prestation dans
Jenseits Der Stille. En 1999, le public Français fait sa connaissance dans
Karnaval de Thomas Vincent. Elle enchaîne avec
La Captive de sa complice, Catherine Ackerman, qu'elle retrouvera en 2004 pour
Demain, On Déménage. Elle incarne Christine Papin dans
Les Blessures Assassines de Jean-Pierre Denis, rôle pour lequel elle obtient le César du Meilleur espoir féminin.
Elle se fait remarquer ensuite dans
Dédales où elle joue un
serial killer. Après
Filles Uniques avec Sandrine Kimberlain, Alain Corneau lui offre le rôle principal dans l'adaptation du roman d'Amélie Nothomb,
Stupeur Et Tremblements. Elle obtient donc en 2004 le César de la Meilleure Actrice. Après
Cause Toujours, elle reprend sa collaboration avec Alain Corneau dans
Les Mots Bleus en 2005.
Le 15 février 2005,
Sylvie Testud accouche d'un petit garçon. Elle enchaîne par la suite avec
La Vie Est à Nous ! la comédie de Gérard Krawczyk, où elle interprète une mère qui doit jongler entre la vie de famille et la direction d’un café restaurant de campagne.
Sylvie Testud renoue également avec le drame dans
L'Héritage sous la direction de Témour Babluani. En 2007, l’actrice française incarne la meilleure amie d’Edith Piaf dans
La Môme de Olivier Dahan, aux côtés de Marion Cotillard. La même année, elle tient le rôle principal dans le thriller de Laurent De Bertillat,
Ce Que Mes Yeux Ont Vu, où elle devient une jeune étudiante en histoire de l'art prête à tout pour élucider le mystère que recèle une peinture de Watteau. Elle interprète ensuite l'écrivain Françoise Sagan dans le biopic de Diane Kurys,
Sagan. En 2007 elle est à l'affiche dans
La Vague Noire aux côtés de Laurent Lucas.
Suivent un bref interlude à la télévision avec
Louise Michel, et une comédie canadienne
Le Bonheur De Pierre.
Sylvie Testud interprète ensuite Calamity Jane dans
Lucky Luke de James Huth.
En 2009, elle joue dans
Vengeance de Johnnie To partageant l'affiche avec Johnny Hallyday. Le film est présenté en sélection officielle au Festival de Cannes 2009.
La même année, on retrouve
Sylvie Testud dans
Lourdes de Jessica Hausner,
L'Idiot de Pierre Léon, puis dans
La Rafle de Roselyn Bosch. En 2010, elle rejoint l'équipe
Mumu,
Le Jour De La Grenouille,
Avant L'Aube et
Le Silence Des Machines, qui relate l'histoire d'ouvrières se battant pour préserver leur emploi dans une usine. L'année suivante, on retrouve la comédienne sous la direction de Mathieu Kassovitz pour
L'Ordre Et La Morale.