Anh bắt đầu nghề diễn khi tham gia lớp đào tạo diễn viên của hãng truyền hình ATV và sau đó vào học tại Học viện sân khấu điện ảnh Hồng Kông.

Ở giai đoạn đầu, Huỳnh thường được giao những vai phản diện như trong các phim Hard Boiled của đạo diễn Ngô Vũ Sâm cùng Châu Nhuận Phát và Lương Triều Vĩ, The Heroic Trio của đạo diễn Đỗ Kỳ Phong và phim kinh dị Bánh bao nhân thịt người đã giúp anh đoạt giải Kim Mã cho Vai nam chính xuất sắc nhất.

Năm 1994, Huỳnh Thu Sinh có vai diễn đột phá trong bộ phim hành động Rock N'Roll Cop. Anh cũng xuất hiện trong hai phần của loạt phim nổi tiếng Người trong giang hồ với vai Đại Phi. Năm 1995, Huỳnh bắt đầu sự nghiệp đạo diễn với bộ phim New Tenant. Huỳnh Thu Sinh sau đó tiếp tục thành công với những vai phụ của mình như trong các phim Vô gian đạo (2002) và The Medallion (2003).

Trong một cuộc phỏng vấn thực hiện năm 2005, Huỳnh Thu Sinh đã nói rằng rất nhiều phim anh đóng trong thập niên 1980 và nửa đầu thập niên 1990 là những phim có chất lượng rất thấp như bộ phim cấp 3 Raped by an Angel 4: The Raper's Union và chính Huỳnh cũng không coi trọng những vai diễn trong các bộ phim đó. Tuy nhiên anh không hối hận với quyết định của mình vì khi đó anh cần tiền để nuôi mẹ, vợ và hai con.

Bên cạnh sự nghiệp diễn xuất, Huỳnh Thu Sinh còn là ca sĩ chính cho một ban nhạc punk rock ở Hồng Kông.