沈田子父亲
沈穆夫，隆安三年（399年），沈穆夫参与
孙恩、卢循起义，被孙恩拜为前部参军。同年，孙恩败于晋军。沈穆夫藏匿。沈田子的祖父
沈警，向来厌恶无德行的同宗沈预，此时沈警知道儿子沈穆夫参与了作乱，于是也藏匿起来。而沈预就向官府告发藏匿的沈警，导致沈警和沈田子四位叔父都被处死。沈田子与兄弟们藏身山中，终幸免于难。后因弟弟
沈林子向当时正讨伐孙恩的将军
刘裕陈情，终获刘裕接济，让其一家移居京口（今江苏省镇江市）。
元兴三年（404年），刘裕举兵讨伐篡位的
桓玄，沈田子亦参与，随其攻下京城，进平京邑，参镇军军事，封营道县五等侯。随后，沈田子与沈林子东归吴兴并杀了沈预一家，报了父仇，并以沈预的头颅拜祭父祖。
义熙五年（409年），沈田子随刘裕北伐南燕，其时他率偏师与龙骧将军
孟龙符担当前锋，并于
临朐（今山东省临朐县）四十里外的巨蔑水与
公孙五楼所率的南燕军作战。当时孟龙符初战即击退燕军，夺得水源，但不等上随行骑兵就轻率追击，最终战死。由于沈田子力战，终击破南燕军，公孙五楼退走。
义熙六年（410年），刘裕攻灭南燕，但同时
卢循就攻取了江州各郡，并威胁建康，沈田子于是随刘裕班师回防建康。同年卢循因为无法攻下建康，掳掠丹杨郡诸县亦无所获，唯有退军，刘裕乘机大治水军，并命沈田子加振武将军，与建威将军
孙处率兵三千，循海路袭击卢循于广州的根据地
番禺（今广东广州市）。由于卢循留守番禺的守军并未部署海防，且孙处到时正遇大雾，故孙处于到达即日就攻陷了番禺。沈田子随即又领兵进攻岭南各郡。义熙七年（411年），卢循及
徐道覆因败于
刘裕而南奔广州，沈田子就会同追击的
刘藩等进攻徐道覆，并于始兴郡击杀徐道覆。不久卢循率余众围攻孙处据守的番禺城，沈田子率军南返救援孙处，沈田子背水结陈，身先士卒，一战破击破卢循。卢循兵败逃走，沈田子联同孙处追击，接连在苍梧、
郁林及宁浦三郡击败卢循，可是沈田子就因孙处患病而放弃继续追击。孙处于
晋康郡去世，其时山贼乘战乱之后而起，发生大量攻略城池、杀害官员的事件，新任广州刺史
褚裕之又未至，沈田子因而讨伐，很快就平定所有山贼，直至褚裕之到任后才返回建康。
沈田子后来以振武将军任太尉参军、淮陵内史，并于义熙八年（412年）随同刘裕讨伐荆州刺史
刘毅。
义熙十四年（417年）七月，刘裕率军至陕县（今河南省陕县），沈田子等即过武关进入关中，因后秦各城守将都弃城出走，于是顺利进屯青泥（今陕西省蓝田县）。当时后秦守将
姚和都屯驻于峣柳（今陕西省商洛市商州区）抵抗，而后秦皇帝
姚泓亲自率军抵抗刘裕，但怕沈田子从后袭击，于是决定先行领兵消灭沈田子，然后才全力与刘裕决战。于是姚泓率步军数万，来到清泥。当时沈田子既为别军，只有数百人，面临姚泓大军，沈田子却意图乘姚泓新至进袭，于是自领士兵先进，傅弘之作后继。后秦军重重包围沈田子，而沈田子则激励士卒说：“你们冒险远道而来，为的正是今日这一战，建功封侯的机会就在此时了！”于是沈田子亲自率领晋军奋勇杀敌，大败后秦军，杀死秦军万余人，姚泓败逃灞上（今陕西省西安市）。沈田子随后与刘裕派来支援自己的沈林子一同追击，其时沈田子更图穷追姚泓至长安，但因沈林子劝阻而作罢，但其时关中各郡县都望风向晋军归降了。不久长安（今陕西省西安市）城陷，姚泓出降，后秦灭亡，沈田子获授咸阳、始平二郡太守。
同年十二月，刘裕班师，留次子桂阳王
刘义真为镇守长安，并命
王镇恶、沈田子、傅弘之等留戍长安，协助刘义真，沈田子亦受命为刘义真的中兵参军。沈田子在峣柳战胜后，刘裕曾上奏称颂沈田子的功勋，又在灭秦后的宴会中向沈田子说：“咸阳得以平定，是你的功劳呀。”故此沈田子心中觉得自己在灭秦战争中的功劳比起攻陷长安的王镇恶更大。且由于王镇恶是北方人，其功劳亦为一众南方出身的将领所妒忌，王镇恶的祖父
王猛在关中人民中亦甚有威望，于是沈田子和傅弘之就在刘裕班师以前屡次表示王镇恶并不可信。不过，刘裕认为留在关中的兵力强盛，王镇恶要叛变是自取灭亡，更向沈田子说：“
钟会之所以不能成功作乱，就因为
卫瓘呀。正谓‘一头猛兽也比不上一群狐狸’，你们有十多人，怕什么王镇恶！”
义熙十四年（418年）正月，夏国将领
赫连璝进攻关中，沈田子率兵抵抗，但因敌方兵力强盛而退守
刘回堡，并派使者向
王镇恶报告。然而，王镇恶命令沈田子进击，不久更亲自领兵出北地联合沈田子抵抗夏军。当时军中传出谣言说王镇恶要尽杀南方人，送刘义真南归然后就在关中自立。沈田子一直都想除去王镇恶，此时就与傅弘之定计，诱杀王镇恶，然后假称是刘裕的命令，再击退夏军，安定了关中，最后再南归向刘裕谢罪。于是沈田子以议事为由请王镇恶到傅弘之的军营中，席间就让埋伏的族人沈敬仁杀死了王镇恶，然后沈田子率左右数十人回报
刘义真。安西长史
王修以沈田子擅杀大将的罪名将沈田子抓捕并在长安稿仓门外处死沈田子。沈田子死时三十六岁，而在其死后，原本应该以其攻灭后秦的功勋论功行赏，然而就因为他擅杀王镇恶而作罢。不过刘裕亦向皇帝表示沈田子是发了狂才杀人，不再深究其罪。
刘裕：“参征虏将军事、振武将军、扶风太守沈田子，率领劲锐，背城电激。身先士卒，勇冠戎陈。奋寡对众，所向必摧。自辰及未，斩馘千数。
姚泓丧旗弃众，奔还霸西。咸阳空尽，义徒四合。清荡余烬，势在跂踵。”