Elle se fait connaître au théâtre et à l'écran sous son pseudonyme : Bataille. Après avoir été l'élève de Charles Dullin, elle débute sur les planches avec la Compagnie des Quinze.

En parallèle, elle apparaît dans des courts-métrages tel que La Joie D'Une Herbe (1930) où elle joue une jeune vendeuse de magasin dont un soupirant la prend pour une grande vedette de cinéma…

Après avoir été, la femme d'Adémaï, Marie-Jeanne, personnage comique créé par Noël-Noël pour le film Adémaï Aviateur (1933). Elle devient une star avec le film Le Crime De Monsieur Lange (1936) de Jean Renoir où elle incarne la victime de l'ignoble Batala. Puis Marcel Carné la teint en blonde dans Jenny (1936) pour lui faire interpréter Florence, une prostituée.

Puis c'est Une Partie De Campagne, le long métrage inachevé de Renoir. Sylvia était furieuse après le réalisateur et l'a injurié de toutes ses forces : l'ambiance était devenu détestable et un jour, Jean Renoir déclara qu'il abandonnait.

Malheureusement, la suite ne fut pas à la hauteur de ces brillants débuts. Cependant elle fut remarquable dans Les Gens Du Voyage (1938), Campement 13 (1939) et L'Enfer Des Anges (1941).

Ce dernier lui valut en 1939 le Prix Suzanne-Bianchetti de la meilleure jeune actrice. La guerre compromet sa carrière qui s'annonçait brillante et qui s'interrompit prématurément en 1950.

Sa carrière demeure bien modeste avec seulement 30 films de 1930 à 1950. Sa dernière apparition était dans le film Julie De Carneilhan en 1950 avec Edwige Feuillère et Pierre Brasseur.

Sylvia Bataille est décédée le 22 décembre 1993 d'une crise cardiaque a son domicile à Paris.