Sylvie Filloux fait ses premiers pas d'actrice en 2011, l'année de ses douze ans. Elle apparaît dans le court métrage nommé Lilith, d'Hélène Noguera[1]. Sept ans plus tard, Filloux fait ses débuts sur le petit écran dans la série Demain nous appartient, interprétant le rôle de Judith, de à [2]. Elle quitte le tournage de la série afin de se concentrer sur ses études à Sciences Po dont la troisième année se déroule à l'université de Californie à San Diego, aux États-Unis. La raison de son départ est la même que celle de son personnage[3],[2].
Après l'obtention de son diplôme en 2019, Filloux rejoint le casting de la nouvelle série policière de France 2, Astrid et Raphaëlle, qui paraît en . Elle prend les traits d'Astrid Nielsen durant son adolescence, l'une des deux héroïnes de la série qui est autiste. Au mois d', Filloux apparaît dans un épisode d'Alice Nevers, le juge est une femme[4].
À l'été 2020, Filloux tourne dans son premier long-métrage, un film indépendant de Vincent Orst intitulé Tant pis pour le Sud[5].
En , elle apparaît dans le clip de la chanson TikTok Girl de Mcfly et Carlito où elle interprète le rôle principal d'une jeune fille voulant devenir célèbre sur le réseau social TikTok[6]. Ce titre est sujet à polémique, certaines critiques reprochant au duo d'être sexiste et moralisateur[6].
