En 1992, il rédige et réalise son premier long métrage, "Trop c'était trop", qui est sélectionné en compétition au Festival de Cannes la même année. Ce film marque les esprits pour son ton nostalgique et l'humour particulier de Miossec.
En 1994, il écrit et réalise "Ma vie en rose", qui raconte l'histoire d'un garçon transgenre qui grandit à Paris au milieu des années 1950 jusqu'à ses vingt ans. Le film rencontre un large succès critique et public et est nommé pour plusieurs Césars.
En 2000, Miossec réalise "Le Gagnant", qui raconte l'histoire d'un jeune homme qui remporte la loterie, mais se retrouve pris dans une spirale de déceptions et de désespoir à cause de cette victoire. Le film est également sélectionné au Festival de Cannes.
En 2013, Miossec réalise "L'école des autres", qui raconte l'histoire d'un institut spécialisé pour les enfants avec troubles mentaux difficiles. Le film est acclamé par la critique et rencontre un grand succès commercial.
En 2016, Miossec réalise "Le Sens de la fête", qui raconte l'histoire d'un père qui organise une grande fête pour son fils handicapé mental à la veille de son départ pour l'armée. Le film est sélectionné en compétition au Festival de Cannes.
En 2018, Miossec réalise "Le Grand Bain", qui raconte l'histoire d'un groupe d'hommes qui s'entraînent ensemble pour le concours national de natation synchronisée masculine. Le film est nommé à la cérémonie des Césars 2019 et rencontre un large succès commercial.
Sebastien Miossec continue d'écrire, réaliser et produire des films qui traitent de sujets sensibles et touchants, en gardant toujours un ton humoristique et une forme de nostalgie.