Sebastian Zimmler wurde 1981 in Ost-Berlin geboren. Er besuchte von 2006 bis 2010 die Hochschule für Schauspielkunst „Ernst-Busch“. An der Schaubühne am Lehniner Platz in Berlin spielte er 2008 Franz Moor in Schillers „Die Räuber“, das zum Nachwuchsfestival „Radikal Jung“ in München sowie zu den Mannheimer Schillertagen eingeladen wurde. In der Inszenierung „Schuld und Sühne“ von Andrea Breth, die 2008 bei den Salzburger Festspielen herauskam war er in der Rolle des Rasumichin zu sehen. Die Produktion „Berlin Alexanderplatz“ von Pedro Martins-Beja im Hebbel am Ufer in Berlin, in der er Franz Biberkopf spielte, wurde beim Berliner „Festival 100°“ mit dem Jurypreis ausgezeichnet. 2014 wurde er gemeinsam mit dem „Moby Dick“-Ensemble mit dem Rolf-Mares-Preis als „Beste Darsteller“  in „Moby Dick“ (Regie Antú Romero Nunes) ausgezeichnet.

2011 spielte er im Kinofilm „Was bleibt“ von Hans Christian Schmid mit, 2013 in „Hüter meines Bruders“ von Max Leo und 2015 in „Die Habenichtse“ von Florian Hoffmeister. Außerdem ist er in der Netflix-Serie „Dogs of Berlin“ zu sehen.

Am Thalia Theater ist Sebastian Zimmler seit der Spielzeit 2009/2010 fest engagiert und arbeitet häufig mit u.a. Leander Haußmann, Antú Romero Nunes und Jan Bosse zusammen.