Parallèlement au théâtre, Sybille débute au cinéma muet en 1928 dans un court métrage de Ernö Metzner puis enchaîne quelques seconds rôles dont «Le journal d'une fille perdue » (1929) de Georg Wilhelm Pabst, elle campe, une femme de ménage aux côtés de Louise Brooks qui pour survivre se livre à la prostitution. Trois ans plus tard le cinéma devenu parlant elle tient le rôle de Leone dans «Vampyr, ou l'étrange aventure de David Gray» (1932) de Carl Theodor Dreyer, gravement malade elle est vampirisée après avoir été mordue au cou par une vieille femme , son regard et ses expressions intenses dans des jeux d'ombres et de lumières, offrent au film quelques scènes marquantes. La même année le producteur Erich Pommer lui offre un contrat de cinq ans avec la UFA et le rôle principal celui d'une aviatrice dans «I.F.1. ne répond plus» de Karl Hartl aux côtés de Hans Albers et Paul Hartman.

Rapidement elle accroît sa popularité, et devient une vedette en interprétant des femmes fatales, belles et mystérieuses. Dans «Signal dans la nuit» (1937) de Richard Schneider-Edenkoben elle campe une jeune autrichienne épouse d'un comte italien tout en étant admirée par un capitaine autrichien (Hannes Stelzer) les choses se compliquent par le déclenchement de la Première Guerre mondiale où les deux pays deviennent ennemis ; puis une espionne Russe dans le film d'espionnage «Hotel Sacher» (1938) de Erich Engel où grouillent des hauts fonctionnaires, des officiers et des gens de la noblesse .

En 1938, alors qu'elle est au sommet de sa beauté et au zénith de sa carrière, Sybille Schmitz est écartée des plateaux de cinéma avec une interdiction temporaire d'exercer sa profession, suite à un différent artistique avec le détestable ministre de la propagande Joseph Goebbels et aussi en raison de son apparence vaguement sémitique et de ses liens avec la communauté juive . C'est grâce à son ami Gustaf Gründgens que le réalisateur Hans Steinhoff obtient l'accord du sinistre ministre, pour engager Sybille avec Gustaf Gründgens dans «La danse sur le volcan » dans lequel elle tient le rôle de la comtesse Héloise de Cambouilly la favorite du roi Charles X. Restée sur la touche pendant deux ans , persuadée qu'elle est une actrice finie, elle sombre dans la dépression …

Et enfin en 1940, Herbert Selpin la rappelle et lui offre le rôle de la Princesse Deinartstein, coiffée d'une perruque blonde et bouclée elle donne la réplique à Hans Albert dans «Trenck, der Pandur» (1940) un film truffé d'amours tordus et d'espionnage. Elle est la vedette féminine principale dans le film de propagande anti-britannique, «Titanic» (1943) elle est Sigrid une danoise qui tombe sous le charme de l'officier Petersen, (Hans Nielsen) elle l'aide au sauvetage des passagers lorsqu'elle monte à bord d'un canot il lui donne sa vareuse en signe de son amour en pensant ne plus jamais la revoir. En 1944, dans le mélodrame familial, «Das leben ruf», Arthur Maria Rabenalt réunit Paul Klinger et Sybille Schmitz, où au hasard d'un déplacement Paul retrouve son amour de jeunesse , également Sybille qui retrouve son petit ami, elle garde aussi un lourd secret qui menace d'anéantir leur mariage.

Mais après le conflit, sa carrière décline rapidement , elle tourne encore quelques rôles secondaires dans huit films entre 1947 et 1953, elle est remarquable, dans le rôle de la mère de Hardy Kruger, dans «Illusion» (1952) de Rudolf Jugert .

Elle offre avec un rôle poignant dans «Désirs diaboliques» (1953) de Bosko Kosanovic, qui dépeint le conflit entre une mère Sybille et sa fille «Nadja Regin» qui tombe tout deux amoureux du même homme (René Deltgen)…

Mais le cœur n'y est plus se sentant délaissée, oubliée de la profession elle sombre dans l'alcool, dépressive elle abuse de drogue, de médicaments, elle fait plusieurs tentatives de suicide et plusieurs séjours en maisons de repos. Et finalement le 13 avril 1955, ruinée et prématurément usée, elle est découverte inconsciente, à son domicile de Munich , rapidement dirigée vers un hôpital, elle y décède sans avoir repris connaissance, l'enquête conclura à un suicide par abus de barbituriques, elle avait que 45 ans ...

Sa vie sera racontée en 1981, par Rainer Werner Fassbinder dans «Le secret de Veronika Voss» l'histoire d'une ancienne star du cinéma allemand, interprétée par Rosel Zech. Un bel hommage à une grande dame du cinéma allemand considérée comme l'une des plus belles actrices des années 1930. Son comportement autodestructeur, ses nombreuses relations avec les hommes et les femmes et ses relations avec des gens juif auront suffit à l'éloigner de l'industrie cinématographique. Elle fut mariée au scénariste Harald G. Petersson mais celui-ci l'a quitta lorsqu'il découvrit son homosexualité.