Au lendemain de Mai 68, la jeune Sylvette Herry, apprentie tapissière, intègre la bande du Café de la Gare, qui prône un théâtre spontané, dégagé des contraintes commerciales. Membre de la troupe, Coluche, son fiancé d'alors, la baptise Miou-Miou, un surnom adopté par la comédienne qui fait ses débuts sur grand écran en 1971 dans La Cavale. Vive et délurée, elle tourne dans plusieurs films imprégnés de l'esprit contestataire de l'époque (La Marche triomphale de Bellocchio, Themroc, Jonas qui aura 20 ans en l'an 2000), mais c'est le trio libéré et frondeur qu'elle forme avec son compagnon Patrick Dewaere et Gérard Depardieu en 1974 dans Les Valseuses de Bertrand Blier, qui fait d'elle une vedette et marque durablement les spectateurs.

Dès lors, Miou-Miou enchaîne les succès, incarnant les différents visages de la femme moderne. Femme flic chez Boisset, artiste affranchie dans Coup de foudre, Miou-Miou décroche en 1980 un César de la Meilleure actrice pour sa composition de prostituée dans La Dérobade - une récompense que la comédienne, dix fois nommée au cours de sa carrière, ne viendra pas chercher. A la même période, celle qui jouit d'une forte popularité auprès du grand public tourne avec des cinéastes aussi différents que Claude Miller (Dites-lui que je l'aime), Losey (Les Routes du Sud), et Comencini (Le Grand embouteillage).

Dans les années 80 et 90, Miou-Miou figure au générique de nombreuses comédies : La Totale, Un indien dans la ville ou, sur un mode plus grinçant, Tenue de soirée, qui marque ses retrouvailles avec Blier. Deux de ses prestations les plus marquantes, la bourgeoise de Milou en mai de Malle, et la sensuelle Lectrice de Deville, témoignent cependant de l'étendue de son répertoire. Attachée à ses origines ouvrières, elle prend part en 1993 au Germinal de Berri, réalisateur qu'elle retrouve douze ans plus tard pour L'Un reste, l'autre part.

Depuis son retour au premier plan en 1997 dans le corrosif Nettoyage à sec d'Anne Fontaine, elle semble afficher une prédilection pour le cinéma d'auteur (Tout va bien, on s'en va, Folle embellie, Le Concert), même si on la retrouve aussi dans des comédies : celle à succès Mariages ! (2004) ou Une petite zone de turbulences (2010) dans laquelle elle retrouve son partenaire de Tenue de soirée, Michel Blanc. A l'aise au sein de castings importants (Héros de la famille de Thierry Klifa et Grand alibi de Pascal Bonitzer), la comédienne est aussi très sollicitée par la jeune génération, campant une émouvante femme de chambre dans Riviera (2006) et prenant part à La Science des rêves (id.) de Michel Gondry.

Après avoir marqué une courte pause dans sa carrière cinématographique, amorcée début 2010, Miou-Miou participe, deux ans plus tard, à deux comédies dramatiques : Bienvenue parmi nous du vétéran Jean Becker et Quand je serai petit, seconde réalisation du comédien Jean-Paul Rouve.

En 2013, elle joue la lieutenant Pontoise prenant la déposition de Sophie Marceau dans la peau d'une femme battue qui a tué son mari (Arrêtez-moi). La comédienne revient ensuite à un registre plus léger avec La Monnaie de leur pièce d'Anne Le Ny et Larguées d'Éloïse Lang, où elle incarne une mère fraîchement larguée par son mari dont les deux filles tentent de lui remonter le moral dans un club de vacances sur l’Ile de la Réunion. Elle apparaît ensuite dans Pupille et La Monnaie de leur pièce, puis trouve un rôle plus conséquent dans Belle-Fille aux côté d'Alexandra Lamy.

En 2021, Miou-Miou joue l'héroïne de la série Nona et ses filles créée par Valérie Donzelli, une retraitée mère de trois grandes filles et très indépendante qui tombe enceinte. L'année suivante, on la retrouve dans Murder Party, une sorte de mélange entre A couteaux tirés de Rian Johnson et Ils étaient 10 d'Agatha Christie, avec Alice Pol. Pour l'occasion, elle retrouve quelqu'un qu'elle connaît bien en la personne d'Eddy Mitchell, qui campe le patriarche assassiné.