Née le 28 septembre 1951 à Rome, fille d'un pédiatre, Silvia Dionisio fait ses débuts au cinéma à l'âge de 14 ans dans le film Darling (1965, John Schlesinger).
Après quelques films « musicarelli », où elle rencontre le réalisateur Ruggero Deodato (qu'elle épouse le 5 décembre 1971), elle obtient son premier rôle principal dans le film de 1970 « Une fille nommée Jules » (La ragazza di nome Giulio). Elle a un fils (Saverio Deodato Dionisio, qui deviendra acteur), puis divorce en 1979.
En 1975, elle est la vedette du film « Ondata di piacere » (réalisé par son mari Deodato), qui fait d'elle l'une des icônes érotiques les plus belles et les plus élégantes de l'époque. À la fin des années 1970, elle joue dans plusieurs films d'action (« polizieschi »). Elle met fin à sa carrière cinématographique en 1981 avec le thriller « Murder Obsession ».
