沈攸之字仲達，是沈慶之堂兄的兒子。他的父親沈叔仁是宋朝衡陽王劉義季的征西長史，兼做參軍領隊。
沈攸之少年的時候是個孤兒，家裡很窮，元嘉二十七年(450)，魏軍向南進攻，朝廷調發了三吳的軍隊，沈攸之也隨軍行動。等到了建鄴，去找領軍將軍劉遵考請求補任新兵的隊主。劉遵考認為他外表醜陋，不能充任，沈攸之歎息說：「從前孟嘗君身高六尺做齊國的宰相，今天求士就要取肥大的嗎？」於是便去跟隨沈慶之征討。
元嘉二十九年，征討西陽蠻，才補任了隊主。在巴口建立義軍，任命他為南中郎府的板長兼行參軍。新亭之戰，身受重傷，事情平定後，兼做太尉參軍，封為平洛縣五等候。隨著軍府轉為兼大司馬參軍。
晉朝的時候，在京城兩岸揚州府舊時曾設置都部從事，分掌兩縣的違法案件，永初以後撤銷。孝建三年(456)，重又設置這一職務，沈攸之掌管北岸，會稽人孔..掌管南岸，後來又撤銷。沈攸之調任員外散騎侍郎，又跟隨沈慶之征伐廣陵，屢次建功，曾經被箭射中穿破了骨頭。孝武帝因為他善戰，配給他仇池所產的步..。事情平定以後要加以厚賞，被沈慶之壓下來。調任太子旅賁中郎，沈攸之對他十分惱恨。
前廢帝景和元年(465)，任命為豫章王劉子尚的車騎中兵參軍、直閣，與宗越、譚金等人一同為廢帝所寵愛。殺戮眾位大臣，沈攸之等人都替他賣力，被封為東興縣侯。
明帝即位，他被依例削除了封爵。不久他又告發宗越、譚金等人謀反，重召他為直閣。正趕上四方反叛，南方的賊兵已經開到很近的地方，於是以沈攸之為寧朔將軍、尋陽太守，率軍據守虎檻。當時王玄謨為軍隊的統領，尚未出發，前鋒有五支軍隊在虎檻，五軍以後，又陸續趕到其他部隊，每到夜間各自樹立信號，互不通告。沈攸之對軍吏說：「現在眾軍共同舉事，而信號卻不相同，如果有農民漁夫夜裡互相呵叱，就會引起驚恐混亂，這是導致失敗的途徑啊！請大家依著一個軍隊取號。」大家都依從了。
殷孝祖擔任前鋒都督，大失人心，沈攸之對內撫慰將士，對外協調群帥，眾人都為此而保持安定。當時殷孝祖中了流箭死去，軍主范潛率領五百人投降了賊軍，人情震駭，都認為沈攸之應該代替殷孝祖為統率。當時建安王劉休仁屯駐在虎檻，總統各路軍隊，聽說殷孝祖死去，便派遣寧朔將軍江方興、龍驤將軍劉靈遺各率領三千人趕到赭圻。沈攸之認為殷孝祖既然已死，賊寇會有乘勝的想法，明天如果不再進攻，則是向他們示弱。江方興與自己名位相當，必定不會為自己的下屬，軍政不一，是導致失敗的原因，於是便率領著各位軍主到江方興那裡加以推重，並且進行了慰勉，江方興非常高興。沈攸之出去以後，各軍主都埋怨他。沈攸之說：「諸位難道忘了廉頗、藺相如和寇恂、賈復的故事麼？我本來是報效國家，哪能計較此處的升降。」明天早晨進軍作戰，從寅時直到午時，在赭圻大破賊軍。
不久，他晉陞封號為輔國將軍，代替殷孝祖督前鋒諸軍事。薛常保等人在赭圻糧食吃盡，南賊大帥劉胡屯駐在濃湖，他用袋子盛上米繫在木筏和船腹上，偽裝翻船，順風流下，來增援赭圻。沈攸之懷疑其中有異常情況，派人取了船和木筏，得到了很大一批米，不久攻克了赭圻。
調任寧蠻校尉、雍州刺史，加任都督。袁青又率領大軍進入鵲尾，相持了很長時間，軍主張興世越過鵲尾到上游佔據了錢溪，劉胡自己去攻他。沈攸之率領各位將軍進攻濃湖。錢溪的消息傳來，知道大破了賊軍，沈攸之把錢溪所送來的劉胡軍士的耳朵鼻子都拿給他們看。袁青十分驚駭，急忙追趕劉胡的軍隊返回。沈攸之的各路軍隊全力進攻，殺死和俘虜敵寇很多，劉胡於是拋棄眾人獨自逃跑，袁青也逃跑了。赭圻、濃湖平定後，賊軍捨棄的資財、珍寶堆積如山，各路軍隊竟相收斂，只有沈攸之、張興世約束所率領的部隊，不取一絲一毫，諸將領因此而稱讚他們。沈攸又進軍平定了尋陽，調任中領軍，封為貞陽縣公。當時劉遵考為光祿大夫，沈攸之在皇帝的御座旁邊對劉遵考說：「外表醜陋的人現在如何？」明帝問是怎麼回事，沈攸之依實回答，明帝大笑。
沈攸之經過多次調轉，做了郢州刺史，為政苛刻暴虐，有時鞭打士大夫。上等佐官以下的人不合他的心意，就當面加以辱罵。但是他通曉官吏事務，自強不息，士人平民都很怕他，人們都不敢欺負他。聽說哪裡有猛獸，他就親自去圍捕，前往無不得到。一天當中有時捕得兩三隻。如果臨近黃昏還捉不到則連夜圍守。他賦斂嚴酷，征發無度，修繕船隻，營造器甲。自從到了夏口，他便有了異圖。晉陞監管豫、司二郡的軍事，晉陞封號為鎮軍將軍。
泰豫元年(472)，明帝逝世，沈攸之與蔡興宗都在地方駐守，一同參與顧命。正遇上巴西人李承明反叛，蜀地被騷擾。當時荊州刺史建平王劉景素被徵調，新任命的荊州刺史蔡興宗還沒有到鎮，於是便派沈攸之權且兼管荊州事務。正好李承明已經平定，便以沈攸之為鎮西將軍、荊州刺史，加任都督。他聚斂兵力，養馬達到二千多匹，都分發給巡邏將士，讓他們耕種田地，食物自給。糧食、錢財全部充入倉庫。荊州軍工廠每年送來人丁、兵器數千，沈攸之截取一些留下，簿冊上記錄說是「供討伐四山蠻使用」。他裝備了數百上千艘戰艦，沉放在靈溪裡，同時聚積了巨量的錢帛器械。他漸漸產生了不對別人稱臣的心志，朝廷的制度全都不遵守。富貴情形就和君王一樣，夜裡各廂房長廊的燭火燃放到天明，後房中佩帶珠玉的女子有幾百人，都是這一時代的絕佳相貌。
江州刺史桂陽王劉休范暗中有謀反之心，想用委婉的暗示說動沈攸之，就讓道士陳公昭寫了一封假托為天帝的書信，題名為沈丞相，把信送給沈攸之的守門人。沈攸之不打開書信，推斷出是陳昭公所寫，把信送上朝廷。後廢帝元徽二年(474)，劉休范舉兵攻襲京都，沈攸之對屬下官員們說：「桂陽王現在逼犯朝廷，必定聲稱我與他同謀，如果不辛苦保衛君王，必定會增加朝廷和社會上的疑惑。」於是派使者去接受郢州刺史晉熙王劉燮的指揮。等到劉休范被平定，使者才回來。沈攸之晉陞封號為征西大將軍、開府儀同三司，他堅持推辭了開府的封號。沈攸之獨自帶兵在外，朝廷對他懷有疑慮和懼怕，幾次想徵調他入朝，又擔心他不接受命令，因此才停了下來。
泰豫四年，建平王劉景素在京城造反，沈攸之又執行朝廷的命令，劉景素很快就被平定。當時有個台直閣高道慶家在江陵，沈攸之初到州上的時候，高道慶正在家中，寫信介紹了他的親戚十幾人，請求西曹署用他們在州里任職，沈攸之替他安排了三人。高道慶大怒，自己到了州里取了那封安置信毀掉而去。高道慶平常熟習騎馬，沈攸之與他在公堂前面宴飲，於是又上馬演習武藝，高道慶的槊刺中了沈攸之的馬鞍，沈攸之生氣地取刀斬槊，高道慶馳馬而出。回京後描述了沈攸之要造反的情景，請求率領三千人前往攻襲。朝廷官員們恐怕事情難以成功，高帝又堅持不許。楊運長等人常常對沈攸之懷有疑慮和畏懼，便與高道慶秘密派遣刺客送上廢帝的手詔，把一塊金餅賜給沈攸之，而對州府的下屬官員們都晉陞官級。當時有三頭大象到了江陵城北幾里地的地方，沈攸之自己出去殺死了它們，忽然有流箭聚落在沈攸之所騎馬的障泥上面，後來刺客事情暴露。廢帝死後，順帝即位，封沈攸之為車騎大將軍、開府儀同三司。齊高帝派沈攸之的兒子司徒左長史沈元琰送給他廢帝挖心砍頭的刑具讓他看，沈攸之說：「我寧願像王凌那樣死，不願像賈充那樣生。」當時還不能馬上起兵，於是便上表向朝廷慶賀，並且給齊高帝寄信推尊他的功勞。
沈攸之有一塊白綢布上有字十幾行，常常藏在背心的角邊上，說是宋明帝與自己有誓約。又皇太后的使者來到，賜給沈攸之蠟燭十台，割開後得到了太后的手令，說「國家之事，全部委託給您了。」第二天，便起兵了。他的妻子崔氏、許氏勸諫說：「官人年紀已經老了，怎麼不為一家百口想想。」沈攸之指指背心角讓他們看。
沈攸之平時收養兵馬，用品豐足，到現在已有戰士十萬、戰馬三千。即將從江陵出發時，讓和尚釋僧粲進行占卜，說：「不到京城，應當是進到郢都返回。」他心裡很不高興。起初從江津出發，有一種氣形狀像塵霧一樣從西北過來，正覆蓋在軍隊上部。齊高帝派眾軍向西討伐，沈攸之傾盡所有的精銳部隊進攻郢州，行事劉世隆屢次將他擊敗。升明二年(478)，回頭開往江陵，還沒有走到，城已經被雍州刺史張敬兒佔領，沉攸之無處可歸，便與他的第三個兒子中書侍郎沈文和到了華容的..頭林，投到一個州吏的家裡。這個州吏曾經被沈攸之所鞭打，而現在待沈攸之非常厚道，不以從前的責罰為怨恨，殺豬招待他們吃飯。隨後村裡的人打算把他們捉住，沈攸之在櫟林中與沈文和都自縊而死，村裡的人把他們斬首後送到了京城。有人割開了沈攸之的肚子，發現他的心有五個孔。征西主簿敬昭先以自己的家財埋葬了他。
沈攸之晚年喜歡讀書，手不釋卷，《史記》、《漢書》記憶了很多。他常常歎息說：「早知窮達有命，恨不十年讀書。」後來攻郢城，夜裡曾遇上風浪，米船沉沒。倉曹參軍崔靈鳳的女兒先前嫁給了柳世隆的兒子，沈攸之嚴正地告訴他說：「現在軍糧緊急，而您卻並不在意，是不是因為和城內結了婚姻的緣故啊？」崔靈鳳說：「樂廣說過，下官哪能拿五個兒子去換一個女兒！」沈攸之高興地解除了心中的怨怒。
沈攸之召集有才幹和氣力的人物，隨郡人雙泰真力氣很大，但是召他不肯前來。沈攸之派了二十幾個人穿著盔甲去追他。雙泰真射死了好幾個人，想回家把母親帶出來，而事情緊迫沒有辦成，自己單身逃入蠻人地界。追趕的人追丟了他，便把他母親抓去。雙泰真失去了母親，於是便自己回來，沈攸之沒有怪罪他，說：「這是一個孝子。」賜給他了一萬錢，轉補為隊主，他就是這樣地抑制自己的感情對待士人。
起初，沈攸之地位低賤的時候，與吳郡的孫超之、全景和曾經共同乘著一條小船出京去，三個人共同走上土壩，有一個人把他們攔住傍他們相面，說：「你們三個人都會成為地方長官。」沈攸之說：「哪有這種事？」相面的人說：「如果不靈驗，便是相書錯了。」後來沈攸之主持郢、荊二州，孫超之是廣州刺史，全景文是南豫州刺史。全景文字弘達，齊朝永明年間(483～483)，死在光祿大夫任上。
沈攸之起初到達郢州，有順流而下的志向，府主簿宗儼之勸他攻郢城。功曹臧寅認為攻守形勢不同，不是旬日之間所能攻下的，如果不能及時攻取，會挫折銳氣，折損威風，沈攸之不聽從。失敗以後，各個將領全都逃散，有人叫著臧寅一齊逃亡，臧寅說：「我委身追隨別人，怎麼能僥倖於他們的成功而去責怪他們的失敗。」於是投水而死。又倉曹參軍金城人邊榮被府錄事所侮辱，沈攸之為邊榮而用鞭子打死了錄事。沈攸之從江陵東下，以邊榮為留府司馬守城。張敬兒將要到達，有人勸說他讓他到張敬兒那裡去請降。邊榮說：「我受到了沈公的厚恩，一旦情況緊急，便改變本心，我不能這樣做。」城被攻破見到了張敬兒，張敬兒問他說：「邊公為什麼同別人一起做賊，而不早些過來？」邊榮說：「沈荊州舉義兵，挽救國家，我身體雖然可以消滅，卻是宋代的忠臣。天下還有直言之士，不可以稱他們為賊。我本來就沒有求生，何必再來相問？」張敬兒說：「要死有什麼難的？」命令把他殺死，邊榮歡笑而去，面容毫無異色。泰山人程邕之，素來都是依隨邊榮，現在抱著邊榮對張敬兒說：「您到了別人的地面，沒有樹仁惠的聲譽，卻先殺了仁義之士，三楚的人們，寧肯跳長江、漢江而死，豈肯同將軍同日而生！」張敬兒說：「求死非常容易，為什麼不答應？」先殺了程邕之，然後殺了邊榮，三軍無不落淚，說：「為什麼一天殺了兩位義士？」把他們比作臧洪和陳容。
廢帝死後，沈攸之想起兵，詢問懂星相的人葛珂之。葛珂之說：「起兵都要等候太白星，太白星出現了就能成功，潛伏著就會失敗。過去桂陽王在太白星潛伏時起兵，打了一仗就被殺死，這是近代的明確驗證。現在蕭公廢除昏君，擁立明君，正是在太白星潛伏的時候，這是與天象相合的。況且太白星剛出現在東方有利於用兵，出現在西方則不利。」所以沈攸之停止不能東下。等後來舉兵，葛珂之又說：「現在歲星守在南鬥，它那個封國不可以攻伐。」沈攸之不聽從，果然失敗。
沈攸之的表檄文書，都是他的記室南陽人宗儼之的手筆，事情失敗以後責備宗儼之，他回答說：「士為知己效命，哪能為你們這些人所理解呢？」接著被殺死了。
沈攸之在景和年間與齊高帝一同在宮中值勤，相處很好，高帝把長女義興憲公主嫁給了沈攸之的三兒子沈文和為妻，生了兩個女兒，都養在宮中，對她們恩情很厚，後來出嫁都是找的舊時的朋友家，由公家負責陪送。齊武帝下詔令讓沈攸之的弟弟沈雍之的孫子沈僧昭為義興公主的後嗣。