沈不害字孝和，吳興武康人。祖父沈總，任齊尚書祠部郎。父親沈懿，任梁邵陵王參軍。
沈不害幼年喪父，但立志好學。十四歲時，徵召補為國子生，考中明經。歷任梁太學博士，調任廬陵王府刑獄參軍，長沙王府諮議，兼汝南令。天嘉初年，任衡陽王府中記室參軍，兼嘉德殿學士。從梁代喪亂以來，到這時國學未立，沈不害上書說：
臣聽說立人建國，沒有比尊重儒學更重要的，成俗化民，必定要推崇教學。因此學校之事，興盛於三代，太學之業，發達於兩京。由於敦厚之源已遠去，浮薄之風已熾盛，物慾對人的誘惑沒有窮盡，人對利慾的追求沒有節制，因此設立並傳留規範，開啟心靈，就好比為布帛著上藍色，又如雕琢玉石，只有這樣，才能使不同等級的人和睦相處，卑尊有序，忠孝之理得以弘揚，群臣之道得以堅固。執守禮制自己捍衛自己，魯公所以很難被侮辱，歌曲和樂聲已稀，鄭伯於是提前逃亡，干戚舞而有苗至，泮宮修成而淮夷馴服，長想洙、泗的淳風，載懷淹、稷的盛大，於國於家，沒有不崇尚的。
梁太清末年，禮數之鍾閉塞脫落，戎狄外侵，邪惡內迫，早晨聽到鼓鼙之聲，晚上看到烽火。洪儒碩學，分解離散者超過活埋之同輩，《五典》、《九丘》，湮滅者超過車子的帷幔和頂蓋。成均從這以後衰落，瞽宗至此不修，褒成之祠沒有陳列祭品，入學的釋菜之禮沒有與祭禮相稱的，歌頌之聲空寂，竟然超過十二年。後生深好篤信，卻不見老師的面，年老學者深入研究，也只是徒然增添廢止講學之歎。
陛下繼承統治之位，受天命治國，學說澤潤宇內，恩威施予天下，污濁之水得以澄清，沉穢之氣得以分明，一派生機勃勃，眾民通達順暢。應當弘揚傳統，重振禮樂，建立學校，整理出古籍範本，陳於儒宮；選擇公卿之嫡子，都入其中就讀，助教博士，早晚講習，使肩扛雨傘背負書籍之人，比比皆是，著裝之儒生，濟濟成林。如此研習不停，誦《詩》讀《禮》之聲不斷，只需一年的時間，就可收到事半功倍之效，三年的時間，儒生就足夠用了。如果這樣，就必定是人才出眾，學蓋九州，顯揚朝廷，光大國家，博學者入仕登朝，憑借才學輔政，為官從政，有經學專業以治身，豪華車駕列庭，貴官之服遍地。
以往帝王太子之貴，還與國子談論，到了漢代太子，這一禮節仍保持不衰，到了兩晉，這種事情更加興盛，由此可見師道尊嚴之一斑。皇太子上天賦予，生而知之，無須明白告之，仍應隱居匿跡，臥伏聚集，潛心於經書，求教學業，祭奠前師，敬奉舊典。往日闕里之堂，水尚出仕者自己開闢，舊宅之內，管絃樂器奏出悠揚之樂，前代聖人之功業，應深深地引以為明鑒。何況又江表無憂，海外齊一，怎麼能不開創宏大謀略，弘揚碩學？寧可使玄教儒風不在聖世興起，盛德大業，始終鬱結在堯的時代？臣才疏學淺，一介小生，言詞沒有仔細推敲，輕獻無見之妄言，謹添懼怕之警。
詔答曰：「省表聞之。自從舊章廢弛以來，精微之言快要絕跡，朕繼承大業，日日想著使條理分明，政學有序，但戰爭未停，軍國草創，常常擔心前朝令典，一朝泯滅。卿才思廣被，文理切中時弊，講求大體，熱心於名教，允朝外詳議，依照執行。」沈不害又上表請求改定樂章，皇帝詔令他制定出三朝樂歌八首，共二十八曲，流行於樂府。
太建五年(564)，任贛令。入朝任尚書儀曹郎，升任國子博士，兼羽林監，詔令他整治五禮，執掌策文謚議。太建年間，任仁武南康嗣王府長史，兼管丹陽郡事務。調任員外散騎常侍、光祿卿。不久任戎昭將軍、明威武陵王長史，兼管吳興郡事務。不久入朝任通直散騎常侍，兼尚書左丞。十二年(580)去世，時年六十三歲。
沈不害研究經術，善於寫文章，雖然博通典籍，但家中沒有圖書。每每寫文章，揮筆而就，不曾查閱典籍。僕射汝南周弘正常稱讚他說：「沈生可謂是聖人啊！」著有《五禮儀》一百卷，《文集》十四卷。
其子沈志道，字崇基，年輕時就很有名氣。初任揚州主簿，不久兼文林著士，歷任安東新蔡王記室參軍。禎明三年(589)入隋。