Neben seiner Tätigkeit als Operndirigent arbeitet Cambreling auch als Konzertdirigent mit allen führenden Orchestern in Europa und den USA, außerdem mit dem Klangforum Wien, dessen erster Gastdirigent er von 1997 bis 2004 war.
Seit 1999 ist Sylvain Cambreling Chefdirigent des SWR Sinfonieorchesters Baden-Baden und Freiburg. Konzeptionell durchdachte Programme kontrastieren klassisch-romantisches Repertoire mit Neuer Musik oder schlagen historische Bögen vom Barock bis zur Avantgarde.