沉宗瀚于1895年出生于浙江余姚县沉湾村一书香门第，绅士之家。从祖父至父辈，皆为秀才。但因理财不善，到沉宗瀚出生时，沉家已家道中落，所余田产已十分有限，一家七口的生活全赖田租和父亲外出教书之收入来维持。
根据沉宗瀚自传，他年幼时受教于父亲；稍长，受教于伯父。14岁时（1909年），他以高分考入余姚私立诚意高小。1912年冬，沉宗瀚以第一名成绩毕业于诚意学堂。由于家庭经济情况窘迫，他面临著升学和就业两种选择。最后，他还是违背父亲意愿，选择了升学。1913年，沉宗瀚考入浙江省立甲种农业学校攻读农业科学。在学期间，他刻苦读书，成绩优秀，遍览徐光启的《农政全书》，李时珍的《本草纲目》；以及程其濬的《植物名实图考》等著名农业专著。但因该校师资多来自于日本，所学内容与中国农情不符，故自请退学，转而投考国立北京农业专门学校。1915年，他如愿成为该校本科学生。
沉宗瀚的兄长沉劭年是一位基督徒，毕业于宁波的教会学校----崇信书院，他常向沉宗瀚等几位兄弟传讲福音，在他们的心田播撒下福音的种子。沉宗瀚负笈搭船北上之时，遥望前程茫茫，倍感人之渺小和有限，信靠上帝之心油然而生。于是他做了生平第一次祷告："余之读书为役于人，非役人也；为多做有益于人之事，且为最无靠、最大多数之农民服务，非为谋个人之名利。如求学有误，祈上帝启示，如无误，请上帝玉成我志，予我勇气"。
在北京农业专门学校求学期间，沉宗瀚与其同乡同学吴耕民结为好友，两人在班上成绩名列前茅。经吴介绍，他得与北京青年会学生部干事徐宝谦相识，此后在交往中，徐推荐他阅读许多谢洪赉（著名基督徒作家、学者）的作品。因此，在信仰以及人格修养等方面，沉宗瀚受徐宝谦和谢洪赉的影响甚深。
在徐宝谦的鼓励与帮助下，沉宗瀚于1917年秋，在其农校校园内开始了查经班。经徐宝谦介绍，北京西城中华圣公会会长史培德（Rev. P. S. Scott）经常于周末前往农校带领查经。当时在北京许多大学里虽设有查经班，但均设于校园外。故徐宝谦讚扬农校查经班为"此为国立大学校内设立查经班的创举"。在史培德和徐宝谦的带领下，沉宗瀚的灵命长进很快，性格也变得积极向上。他与查经班同学一道发起组成"修养团"，以基督精神操练品格，潜修学业，改善校风。
1918年，沉宗瀚从北京农业专门学校毕业后，担任家庭教师。在此期间，他与徐宝谦的交往更密，并且自己每天守晨更、晚祷，操练过有规律的灵修生活。同年耶诞节，沉宗瀚在北京城西中华圣公会接受了洗礼。为此他在日记中写道："受礼时心极感动，余受上帝之恩大矣、极矣！迄今始受接受礼，不亦失之太晚欤？然余心中之敬仰，固已有年矣"。1919年2月，他又在北京石驸马大街附近的圣公会教会接受了坚振礼，其入教保证人是燕京大学教授、著名基督教人士吴雷川。徐宝谦也赶来参加他的受洗典礼。当日他郑重记下："余信上帝已四年矣，常听演读圣经，及其它基督教书籍，至此深觉可信无疑，遂决心入教。受洗礼时，忏悔一切恶念过语，自许生为上帝，乃役于人，非以役人，实事求是，前途厉害祸福，均遵主旨，胸怀顿为畅慰"。沉宗瀚受洗后，马上给自己的父亲和伯父写信，向他们传福音，作见证，劝他们信主。
从其传记《克难苦学记》中，可以看出沉宗瀚一生信仰诚笃，每日读经、祈祷，并且靠著信仰的力量克服生活中的一切难处。1920年3月始，他担任湖南常德棉业改良分场的场记职务。由于收入菲薄，不足养家糊口，加之兵祸盗贼频仍，使其常陷经济窘迫或危急之中，但他都靠主安然度过。事后忆起，他常说："能安然无恙，诚上帝保佑我也！"
1923年，沉宗瀚远赴美国康奈尔（Cornell University）大学深造，1927年获得哲学博士学位。返国后，他担任南京金陵大学农学院教授，主授作物遗传与育种。1933年，他培育出高产、早熟、抗病虫害，且品质优良的"金大2905小麦"新品种，造福了中国农民。他在金大农学院工作十一年之久，培养出众多的农业人才。自1934年到1950年，他先后出任中兴农业实验所总技师、副所长和所长等职，为中国农业发展作出很大贡献。
但在家庭生活上，抗战期间，沉宗瀚曾经受两次丧偶的打击。1940年10月，其妻沉骊英因脑溢血逝世。1942年1月，经好友介绍，他与陈品芝相识，并于同年6月结婚。不幸的是，1944年1月，陈品芝因罹患食道癌又离他而去。若非信仰的力量，两次打击几乎使他丧失活下去的勇气。
自1950年起，沉宗瀚在台湾先后出任中美合作的中国农村复兴联合委员会的委员、主任委员，推动台湾农村建设，农业产销计划，以及国际间农业合作。他经常深入农村，发现并解决农业上的问题，推广农业技术革新以及制度上的改革，为振兴台湾农业，繁荣台湾作出巨大贡献。
沉宗瀚多年来无论在工作还是在生活上所经历的种种艰难困苦，他都是靠著信仰的力量来克服度过，他持之以恒的信仰生活是他重新得力的源泉。他在"我为何信道"一文中写道："我喜清晨与夜静时研读圣经、祷告、感谢或忏悔，求圣灵与我同在，使我内心平安乐观"。他一生在信仰与生活上都留下美好的见证，他晚年时所说的一段话，是其荣神益人的人生总结："我相信主已经六十年了，我从小就在穷苦的农家，所以我决心要帮助他们。上帝给我机会读书和成功，后来上帝也给我机会使我能够长期服务农民，在农业界也已经服务了五十年，我已经达到我服务农民的目的。这是我向上帝的最大感谢！"
沉宗瀚于1980年11月26日安息于台北，享年85岁。逝世后，许多报刊杂志都刊载大幅文章来纪念、追思这位功在国家的基督徒农业科学家。