W jedenastce Lyonu występował na przemian z Érikiem Abidalem i wywalczył mistrzostwo Francji.
W 2006 roku Sylvain odszedł z Olympique i został zawodnikiem AS Monaco, które zapłaciło za niego 1,5 miliona euro. W swoim nowym klubie swój debiut zaliczył 5 sierpnia przeciwko AS Nancy (0:1). W Monaco grał przez dwa sezony, rozgrywając w nich łącznie 56 spotkań i strzelając dwa gole.
W 2008 roku Monsoreau ponownie zmienił barwy klubowe i podpisał kontrakt z AS Saint-Étienne. 9 sierpnia zadebiutował w jego barwach w przegranym 0:1 meczu z Valenciennes FC. W Saint-Étienne występował do 2012 roku. Następnie był zawodnikiem Troyes AC, a także indyjskiego Atlético de Kolkata. W lipcu 2015 roku trafił do Saint-Chamond, rok później do ACBB. Po czym w lipcu 2017 roku zakończył karierę piłkarską.
Sezon Klub Kraj Rozgrywki Mecze Bramki Rozgrywki kontynentalne Mecze Bramki 1999/00 FC Sochaux-Montbéliard Division 2 1 0 – – – 2000/01 11 0 2001/02 Ligue 1 9 3 2002/03 37 2 Puchar Intertoto 6 2 2003/04 30 0 Puchar UEFA 6 1 2004/05 22 2 Puchar UEFA 3 0 2005/06 Olympique Lyon 19 0 Liga Mistrzów 2 0 2006/07 AS Monaco 30 1 – – – 2007/08 26 1 2008/09 AS Saint-Étienne 15 0 Puchar UEFA 3 0 2009/10 8 0 – – – 2010/11 31 0 2011/12 0 0 2012/13 Troyes AC 0