Sinem Ünsal, 21 Haziran 1993 tarihinde İzmir'de dünyaya gelmiştir. Azerbaycan Türkü kökenli bir babaya ve Çerkes kökenli bir anneye sahip olan Ünsal, İzmir'de doğup büyümüştür. Üniversite eğitimini Eskişehir'de tamamlamış ve Osmangazi Üniversitesi Karşılaştırmalı Edebiyat bölümünden mezun olmuştur.
Oyunculuk kariyerine adım atan Sinem Ünsal, çeşitli dizilerde ve tiyatro oyunlarında yer almıştır. 2017 yılında Çoban Yıldızı adlı dizide Güneş karakterini, 2017-2018 yılları arasında Kanal D'de yayımlanan Siyah Beyaz Aşk adlı dizide Gülsüm Aslan karakterini canlandırmıştır. Ayrıca, 2018-2019 yılları arasında TV8'de yayımlanan Kızım dizisinde Sevgi Günay karakterine hayat vermiştir. 2019 yılında Raif ile Letafet adlı tiyatro oyununda Letafet karakterini canlandırmıştır.
En önemli rollerinden biri olan Doktor Nazlı Gülengül karakteriyle Mucize Doktor dizisinde 2019-2021 yılları arasında izleyiciyle buluşmuştur. Daha sonra, 2021 yılında Elbet Bir Gün adlı dizide Feride Gizem Kılıçlı karakterini oynamıştır. Günümüzde ise FOX'ta yayınlanan Gizli Saklı dizisinde Naz Arıca/Yaz Güneş karakterini canlandırmaktadır. Ayrıca, Aydınlıkevler adlı tiyatro oyununda Sülün karakterini başarıyla canlandırmaktadır.
