Sabine Barthelmess wurde in Ulm geboren und begann dort nach ihrem Schulabschluss die Tanzausbildung. Nach ihrem Abschluss folgte ein Engagement an der jungen Bühne Ulm, wo sie in zahlreichen Stücken als Tänzerin und Musicaldarstellerin auf der Bühne stand. 2015 begann Sabine Barthelmess ihre Ausbildung zur Musicaldarstellerin an der Stage School Hamburg, welche sie 2017 mit Auszeichnung abschloss. Während der Ausbildung stand sie in zahlreichen Produktionen des First Stage Theaters als Tänzerin, Sängerin und Schauspielerin auf der Bühne. Anschließend folgten Engagements an den Hamburger Kammerspielen und dem Hamburger Engelsaal, wo sie u.a. als Lilly in „Historicus“ und als Riquette und O Lia San in „Viktoria und ihr Husar“ zu sehen war. 2019 war sie Teil der Produktion „Sherlock Holmes-Next Generation“. Ihr Weg führte sie weiter an die städtische Bühne Lahnstein, wo sie u.a. Esmeralda in „Der Glöckner von Notre Dame“ spielte. Bei „Tobis Film“ arbeitete sie mit Otto Waalkes an dessen Film „Catweazle“. 2021/2022 spielte sie in Bremerhaven in „Der kleine Horrorladen“ das Soulgirl Chiffon. In der Spielzeit 2023/2024 war sie in „Orpheus in der Unterwelt“ erstmals am Allee Theater zu sehen.