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  1913年9月13日,悉尼號在處女航後抵達西澳大利亞州奧爾巴尼,此後一直在澳大利亞東海岸活動。1914年3月,悉尼號前往新加坡與兩艘新潛艇AE1號和AE2號匯會。5月,三艘艦艇抵達悉尼,悉尼號重回東海岸巡邏。  第一次世界大戰爆發後,悉尼號加入海軍上將喬治·埃德溫·佩蒂和澳大利亞號戰列巡洋艦。很快,悉尼號被命令擔任澳大利亞海軍與軍事遠征軍的保護工作,而後者負責佔領本地區德國殖民地的資產。9月,悉尼號參加了對拉包爾和昂奧爾島的行動。10月,悉尼號與姊妹艦墨爾本號輕巡洋艦離開位於悉尼的佩蒂艦隊,加入了護送澳大利亞和紐西蘭軍團去埃及的隊伍。護衛隊先沿著南岸抵達奧爾巴尼,隨後在11月1日啟程前往科倫坡。

  11月9日晨,科科斯群島迪雷克申島上的通訊站被德國埃姆登輕巡洋艦佔領。在被佔領前,通訊站向外發出的求救訊號被護衛隊收到,於是悉尼號奉命前去探查。埃姆登號的無線電報員正好聽到了求救訊號和發給悉尼號的命令,於是做好了迎戰準備。  當悉尼號第一次發現埃姆登位置時,埃姆登號已經開始開火。悉尼號馬上回擊,擊毀了埃姆登號的三個煙囪、前桅、無線電裝置和舵機,並使發動機艙著火。埃姆登號被迫登陸擱淺,而悉尼號則繼續追擊煤炭補給船。由於煤炭船已經開始沉沒,悉尼號重新轉向埃姆登號。在悉尼號發出投降警告後,德國人將船上的戰旗降下。  交戰過程中,悉尼號大約發射了670發炮彈,大約100發擊中,而自己被擊中60次,3名士兵陣亡、13名士兵受傷。134名德國士兵陣亡,其餘則被悉尼號俘虜,隨後被送往馬耳他瓦萊塔的英軍軍營。在離開瓦萊塔後,悉尼號於1915年1月6日抵達百慕大,加入北美和西印度群島艦隊。

  悉尼在美洲大陸沿岸度過了十八個月平靜的巡邏時光。1916年9月9日,悉尼號前往英國,在格里諾克進行了短暫的修整後,加入了斯卡帕灣的第5戰隊。11月15日,悉尼號在格里諾克被編入第2輕巡洋艦艦隊。 1917年5月4日,在漢堡河口巡邏的悉尼號與齊柏林飛艇發生交戰。飛艇向悉尼號投下了10或12顆炸彈,但沒有成功。悉尼號隨及用防空艦炮進行回擊。交戰直至雙方彈藥用盡才結束。  1917年8月,悉尼號停泊在查塔姆,進行為期三個月的整修。在此期間,悉尼號更換了新的三桅帆,安裝了可旋轉的飛機起飛平臺,這是所有艦艇中的第一次。12月8日,悉尼號從姊妹艦都柏林號輕巡洋艦上獲得了一架飛機,成為澳大利亞海軍第一艘可以起飛飛機的艦艇。12月17日,飛機再次起飛,使悉尼號成為第一艘使用可旋轉平臺進行飛機起飛作業的艦艇。1918年6月1日,艦載機起飛參與了唯一一次戰鬥行動,當時悉尼號正與第2輕巡洋艦艦隊前往黑爾戈蘭灣發動襲擊,兩架德國飛機進行還擊。艦載機擊落了兩架德國飛機中的一架,但隨後一支機槍故障而另一支機槍彈藥用盡,無法回到悉尼號上,只能迫降在海上。  1918年11月21日,悉尼號參加了公海艦隊的投降儀式。1919年4月,悉尼號離開英國回國。

  1923年4月13日,悉尼號被儲備起來。1924年9月29日,悉尼號重新服役,成為澳大利亞海軍的旗艦。

  1928年5月8日,悉尼號退役,1929年1月10日抵達科克圖島 (新南威爾士州)|科克圖島。在被拆除後,其三腳前桅被豎立在悉尼港內,最初是作為與埃姆登號交戰的紀念,但隨後被作為所有被毀滅的澳大利亞軍艦和獻身的水兵。船首部分,包括首柱頭、首旗杆和導纜架,被埋入悉尼海港大橋下的防波堤中。
悉尼號輕巡洋艦(英語:HMAS Sydney)隸屬於皇家澳大利亞海軍,是查塔姆級輕巡洋艦的第四艘。該艦於1911年開工,1912年下水,1913年服役。