Sybille Schmitz, geboren am 02. Dezember 1909 in Düren, aufgewachsen in Köln, absolviert im Alter von 14 Jahren zunächst eine Ausbildung an einer Handelsschule. Da sie bereits zu diesem Zeitpunkt entschlossen ist, Schauspielerin zu werden, arbeitet sie vor allem dafür, sich eine Ausbildung an der Kölner Schauspielschule finanzieren zu können. Zwar gelingt es ihr schließlich, einen Platz an der Schauspielschule zu bekommen, jedoch bricht sie das Studium bereits nach wenigen Monaten ab, um den Beruf durch praktische Erfahrungen, direkt auf der Theaterbühne zu erlernen. 1927 zieht Schmitz nach Berlin, wo sie ab 1927 erste kleinere Rollen am Deutschen Theater erhält.

Ihr Debüt als Filmschauspielerin gibt Sybille Schmitz 1928 in dem SPD-Parteifilm "Freie Fahrt" über den Leidensweg einer jungen Arbeiterfrau. Nach prägnanten Nebenrollen in Pabsts "Tagebuch einer Verlorenen" (1929) und Dreyers "Vampyr" (1931/32) gelingt ihr 1932 der Durchbruch mit einer Hauptrolle in Karl Hartls Abenteuerfilm "F.P. 1 antwortet nicht", an der Seite von Hans Albers und Paul Hartmann. In den folgenden Jahren ist Schmitz häufig als ebenso elegante wie hintergründige Dame zu sehen, so etwa in Geza von Bolvarys Chopin-Filmbiografie "Abschiedswalzer" (1934) oder der Oscar-Wilde-Verfilmung "Ein idealer Gatte" (1935). Zu ihren wichtigsten Filmen dieser Jahre zählen außerdem "Die Leuchter des Kaisers" (1935/36), in dem sie eine russische Spionin verkörpert, und Frank Wysbars mystisches Liebesmelodram "Fährmann Maria" (1935/36).

Gegen Ende der 1930er Jahre wird es für Schmitz schwerer, Rollenangebote zu kommen. Von Propagandaminister Goebbels nicht gelitten, weil sie nicht seinem Ideal der "nordischen Frau" entspricht, ist sie dem Regime auch wegen ihres als unstet angesehenen Lebenswandels ein Dorn im Auge. 1937/38 wird sie sehr kurzzeitig sogar mit Spielverbot belegt. Ab Anfang der 1940er ist sie dann in propagandistischen Filmen wie "Trenck, der Pandur" (1940) und "Wetterleuchten um Barbara" (1941) zu sehen. 1940 heiratet Schmitz den Drehbuchautor Harald G. Peterson (die Ehe währt bis Ende 1945), mit dem sie sich zeitweise in das österreichische Dorf Krimml zurückzieht. Bis Kriegsende tritt Schmitz nur noch vereinzelt in Kinofilmen auf.

Nach Ende des Zweiten Weltkriegs kann der optimistische, unkomplizierte Nachkriegsfilm wenig mit Schmitz’ Aura von Verlorenheit und rätselhafter Fremdheit anfangen. Neben wenigen Kinohauptrollen, etwa in dem Kriminalfilm "Kronjuwelen" (1950) und an der Seite von Hildegard Knef in Rudolf Jugerts "Illusion in Moll" (1952), spielt sie vor allem an kleinen Theaterbühnen. Zu dieser Zeit wird sie zunehmend drogen- und alkoholabhängig. Am 13. April 1955 stirbt Sybille Schmitz, die zuletzt mehrere Jahre mit der Theater-Regisseurin Beate von Molo liiert war, in einem Münchner Krankenhaus an den Folgen eines Selbstmordversuchs.

Im Jahr 1982 nimmt Rainer Werner Fassbinder die letzten, tragischen Lebensjahre von Sybille Schmitz als Grundlage für sein Melodram "Die Sehnsucht der Veronika Voss".