Sylvia Alice Earle nació en Gibbstown, Nueva Jersey. Sus padres eran amantes de la naturaleza y fomentaron su interés por el mundo natural y la exploración de los bosques cercanos. A los 12 años, la familia se trasladó a Dunedin (Florida), junto a la costa, y quedó fascinada por las praderas marinas y las marismas.
En 1952, a los 17 años, tras obtener un título universitario en el St. Petersburg Jr. College, se fue a estudiar Botánica a la Universidad Estatal de Florida y aprendió a bucear con equipo SCUBA. Continuó sus estudios en la Universidad de Duke, donde escribió su tesis sobre las algas del Golfo de México. En 1966 se doctoró en Ficología (el estudio científico de las algas).
En 1965, a los 30 años, Earle comenzó su carrera investigadora al aceptar un puesto como directora residente de los Laboratorios Marinos de Cape Haze en Sarasota (Florida). Dos años más tarde, se convirtió en investigadora del Herbario Farlow de la Universidad de Harvard y se incorporó al Instituto Radcliffe como becaria de investigación. En una de sus inmersiones de investigación en 1968, Earle descubrió dunas submarinas frente a la costa de las Bahamas.
En 1970, a sus 35 años, Earle dirigió el primer equipo femenino de acuanautas en el experimento Tektite II, un alojamiento y laboratorio submarino situado a unos 15 metros bajo la superficie de la bahía Great Lameshur, frente a la isla de San Juan, en las Islas Vírgenes de Estados Unidos. Durante las dos semanas que duró el experimento, documentó los efectos de la contaminación en los arrecifes de coral.
Fue la primera de muchas investigaciones submarinas que Earle dirigió a lo largo de su carrera, que incluyó expediciones a China, las Bahamas y las islas Galápagos. Empezó a trabajar con la Sociedad Geográfica Nacional, produciendo películas y libros sobre la vida en los océanos de la Tierra, y en 1979 fue nombrada conservadora de ficología de la Academia de Ciencias de California.
Ese año, a los 44 años, Earle estableció un nuevo récord mundial de inmersión sin sujeción al descender 381 metros en las profundidades del océano Pacífico con una escafandra JIM, un aparato especializado diseñado para mantener una presión interna equivalente a una atmósfera estándar.
En 1982, Earle y el ingeniero Graham Hawkes, que más tarde se convertiría en su tercer marido, fundaron Deep Ocean Engineering y Deep Ocean Technology, una empresa que diseña, respalda y opera sistemas submarinos pilotados y robotizados. En tres años construyeron el submarino de investigación Deep Rover, capaz de alcanzar los 914 metros bajo la superficie del océano.
En 1990, Earle dejó la empresa para ocupar el cargo de Científica Jefe de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, siendo la primera mujer en ocupar este puesto. Durante su cargo, dirigió numerosas expediciones para investigar los daños medioambientales causados por la demolición por Irak de pozos petrolíferos kuwaitíes durante la Guerra del Golfo Pérsico.
En 1992, fundó otra empresa de tecnología marina llamada Deep Ocean Exploration and Research. En las décadas siguientes, Earle siguió dirigiendo expediciones y batiendo más récords como primera mujer científica jefe de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y primera mujer exploradora residente de la National Geographic Society.
En 2009, Earle recibió un premio de un millón de dólares de TED. Este premio le permitió fundar Mission Blue, una organización sin ánimo de lucro que aboga por la exploración y protección del océano y trabaja para establecer Puntos de Esperanza (zonas marinas protegidas) en todo el mundo. El objetivo de la organización es lograr un 30% de protección de los océanos para 2030, y hasta 2020 ha creado más de 120 Puntos de Esperanza.
A lo largo de sus 60 años de carrera, Earle ha pasado más de 7.000 horas bajo el agua, ha publicado más de 150 artículos científicos y ha dirigido más de cien expediciones.
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