Sylvie Mouloudji est née le 10 mai 1933 à Alger (Algérie). Elle est la fille d'une famille juive d'origine turque. Enfant, elle étudie au Lycée Carnot à Alger et se passionne pour la musique et les lettres françaises.
Au début des années 1950, Mouloudji quitte l'Algérie pour s'installer en France. Elle y travaille dans une maison d'édition puis devient l'assistante de Jean Cocteau à Saint-Jean-de-Luz.
En 1954, elle rencontre Boris Vian qui la présente à Jacques Canetti, le producteur discographique de Barclay Records. Elle enregistre son premier disque, "La Chanson des gueux", sous l'influence d'un mouvement littéraire et musical populaire français, le yéyé.
En 1956, elle épouse Boris Vian et donne naissance à une fille, Marie-Astrid, en 1957. Tragiquement, Boris Vian meurt en décembre de la même année, à l'âge de seulement 32 ans.
Durant les années suivantes, Sylvie Mouloudji continue sa carrière musicale et littéraire. Elle publie plusieurs livres, notamment "Le Jardin de l'Eden", "La Bataille d'Alger" et "Jean Cocteau". Elle enregistre également plusieurs albums musicaux, dont "Chansons pour Boris Vian", "Tu es mon jour", "Ces femmes" et "Sylvie Mouloudji chante Boris Vian".
En 1976, elle se retire définitivement de la scène musicale. Elle continue cependant à publier des livres, notamment une autobiographie intitulée "Un jour, j'ai pris mes ailes" en 2005.
Sylvie Mouloudji est décédée le 18 janvier 2016 à Saint-Jean-de-Luz. Elle a été l'une des chanteuses les plus emblématiques du yéyé et une figure de l'histoire littéraire française, ayant laissé derrière elle un patrimoine culturel important et un héritage musical unique.