Sian Brooke se unió inicialmente al Lichfield Youth Theatre a la edad de 11 años antes de convertirse en miembro del National Youth Theatre y posteriormente entrenarse en la Royal Academy of Dramatic Art (RADA), de donde se graduó en 2002. Su debut como actriz fue como Krista en la serie de televisión Dinotopia en 2002. También prestó su voz a los dramas de radio.¿ y se ha presentado en numerosas y exitosas puestas en escena. De agosto a octubre de 2015, Brooke interpretó a Ophelia junto a Benedict Cumberbatch en la producción del Barbican de Hamlet. En 2017, Brooke protagonizó la cuarta temporada del drama policial Sherlock como la hermana secreta de Sherlock Holmes, Eurus. Inicialmente audicionó para varios personajes en el programa antes de que los showrunners le dijeran a Brooke que todos los personajes a los que audicionó eran, en realidad, uno solo, Eurus, que sería una maestra del disfraz. En 2019 interpretó el papel de Deirdre Young en la serie de Prime Video Good Omens. En el 2019 participó en Radioactive, junto a Rosamund Pike, y en la película para televisión, The Cure.