生于法国巴黎。1974年获法国巴斯德研究所哲学博士学位。曾在美国国立卫生研究院实习，随后返回巴斯德研究所从事逆转录病毒与癌症的研究。1988年，巴尔-西诺西在巴斯德研究所获得了教授职位，并成立了自己的实验室。

20世纪80年代早期，全球发现了大量艾滋病病例，患者体内CD4⁺免疫T细胞大量减少而原因成谜。1983年，她与法国科学家L.蒙塔尼、J.-C.谢尔曼^[注]等分离出早期艾滋病人肿大淋巴结细胞中的逆转录病毒，这种病毒后来被命名为Ⅰ型人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus; HIV），是最早发现的艾滋病毒类型。HIV特异性攻击CD4⁺免疫T细胞，造成患者免疫功能丧失殆尽，最终死于各种并发症。这一发现极大促进了艾滋病的诊断和救治，挽救了无数生命。

巴尔-西诺西的主要研究方向包括对逆转录病毒感染的获得性免疫反应、宿主天然免疫防御系统在对抗艾滋病毒方面的作用、艾滋病毒母婴传播的相关因素，以及开发抗艾滋病毒感染的药物等。此后，她致力于推进艾滋病毒疫苗的研发工作，以及基础研究和临床研究的联系和发展。她于2006年获得第四等法国荣誉军团勋章。2008年，她与L.蒙塔尼和H.zur豪森共同荣获诺贝尔生理学或医学奖。

自20世纪90年代以来，巴尔-西诺西多次参与发展中国家的合作项目。她于2006年当选为国际艾滋病协会（International AIDS Society; IAS）理事会成员，并于2012～2016年担任IAS主席。她同时担任世界卫生组织（World Health Organization; WHO）和联合国艾滋病联合规划署（The Joint United Nations Programme on HIV/AIDS; UNAIDS）的顾问，致力于全球艾滋病治疗计划。