沈不害字孝和，吴兴武康人。祖父沈总，任齐尚书祠部郎。父亲沈懿，任梁邵陵王参军。
沈不害幼年丧父，但立志好学。十四岁时，征召补为国子生，考中明经。历任梁太学博士，调任庐陵王府刑狱参军，长沙王府谘议，兼汝南令。天嘉初年，任衡陽王府中记室参军，兼嘉德殿学士。从梁代丧乱以来，到这时国学未立，沈不害上书说：
臣听说立人建国，没有比尊重儒学更重要的，成俗化民，必定要推崇教学。因此学校之事，兴盛于三代，太学之业，发达于两京。由于敦厚之源已远去，浮薄之风已炽盛，物欲对人的诱惑没有穷尽，人对利欲的追求没有节制，因此设立并传留规范，开启心灵，就好比为布帛着上蓝色，又如雕琢玉石，只有这样，才能使不同等级的人和睦相处，卑尊有序，忠孝之理得以弘扬，群臣之道得以坚固。执守礼制自己捍卫自己，鲁公所以很难被侮辱，歌曲和乐声已稀，郑伯于是提前逃亡，干戚舞而有苗至，泮宫修成而淮夷驯服，长想洙、泗的淳风，载怀淹、稷的盛大，于国于家，没有不崇尚的。
梁太清末年，礼数之钟闭塞脱落，戎狄外侵，邪恶内迫，早晨听到鼓鼙之声，晚上看到烽火。洪儒硕学，分解离散者超过活埋之同辈，《五典》、《九丘》，湮灭者超过车子的帷幔和顶盖。成均从这以后衰落，瞽宗至此不修，褒成之祠没有陈列祭品，入学的释菜之礼没有与祭礼相称的，歌颂之声空寂，竟然超过十二年。后生深好笃信，却不见老师的面，年老学者深入研究，也只是徒然增添废止讲学之叹。
陛下继承统治之位，受天命治国，学说泽润宇内，恩威施予天下，污浊之水得以澄清，沉秽之气得以分明，一派生机勃勃，众民通达顺畅。应当弘扬传统，重振礼乐，建立学校，整理出古籍范本，陈于儒宫；选择公卿之嫡子，都入其中就读，助教博士，早晚讲习，使肩扛雨伞背负书籍之人，比比皆是，着装之儒生，济济成林。如此研习不停，诵《诗》读《礼》之声不断，只需一年的时间，就可收到事半功倍之效，三年的时间，儒生就足够用了。如果这样，就必定是人才出众，学盖九州，显扬朝廷，光大国家，博学者入仕登朝，凭借才学辅政，为官从政，有经学专业以治身，豪华车驾列庭，贵官之服遍地。
以往帝王太子之贵，还与国子谈论，到了汉代太子，这一礼节仍保持不衰，到了两晋，这种事情更加兴盛，由此可见师道尊严之一斑。皇太子上天赋予，生而知之，无须明白告之，仍应隐居匿迹，卧伏聚集，潜心于经书，求教学业，祭奠前师，敬奉旧典。往日阙里之堂，水尚出仕者自己开辟，旧宅之内，管弦乐器奏出悠扬之乐，前代圣人之功业，应深深地引以为明鉴。何况又江表无忧，海外齐一，怎么能不开创宏大谋略，弘扬硕学？宁可使玄教儒风不在圣世兴起，盛德大业，始终郁结在尧的时代？臣才疏学浅，一介小生，言词没有仔细推敲，轻献无见之妄言，谨添惧怕之警。
诏答曰：“省表闻之。自从旧章废弛以来，精微之言快要绝迹，朕继承大业，日日想着使条理分明，政学有序，但战争未停，军国草创，常常担心前朝令典，一朝泯灭。卿才思广被，文理切中时弊，讲求大体，热心于名教，允朝外详议，依照执行。”沈不害又上表请求改定乐章，皇帝诏令他制定出三朝乐歌八首，共二十八曲，流行于乐府。
太建五年(564)，任赣令。入朝任尚书仪曹郎，升任国子博士，兼羽林监，诏令他整治五礼，执掌策文谥议。太建年间，任仁武南康嗣王府长史，兼管丹陽郡事务。调任员外散骑常侍、光禄卿。不久任戎昭将军、明威武陵王长史，兼管吴兴郡事务。不久入朝任通直散骑常侍，兼尚书左丞。十二年(580)去世，时年六十三岁。
沈不害研究经术，善于写文章，虽然博通典籍，但家中没有图书。每每写文章，挥笔而就，不曾查阅典籍。仆射汝南周弘正常称赞他说：“沈生可谓是圣人啊！”著有《五礼仪》一百卷，《文集》十四卷。
其子沈志道，字崇基，年轻时就很有名气。初任扬州主簿，不久兼文林著士，历任安东新蔡王记室参军。祯明三年(589)入隋。