沈攸之，字仲达，吴兴武康（今浙江德清县西）人士。刘宋（南朝宋，以下都称之为刘宋）司空沈庆之的从子（伯父/叔父之孙）。其父沈叔仁，是衡阳王刘义季的征西长史，兼行参军，领队。后又随刘义季镇守彭城，度征北府。
沈攸之年少丧父，家境贫困。
元嘉二十七年（年），因前一年北魏国主拓跋焘亲征、击败柔然，稳定了后方。于是便有“饮马长江”的想法。于二月，拓跋焘以去梁山狩猎为名，率十万大军入侵刘宋，刘宋文帝刘义隆为此征发三吴地区的壮丁，沈攸之也被征发从军。
到达京城后，沈攸之拜访领军将军刘遵考，请求补任白丁（平民）队长一职。刘遵考跟他说：“你形象丑陋，不能担任队长。”因此沈攸之跟随沈庆之前去征讨。
元嘉二十九年（年），又跟随沈庆之征讨西阳五水蛮，这才开始补任队长一职。
元嘉三十年（年）二月，太子刘劭弑君杀父（元凶之乱），自称为帝。刘骏（刘义隆第三子）于巴口（今湖北黄州市东巴水入江处）起义，讨伐刘劭。沈攸之任南中郎府板长史，兼行参军。
起义军行至新亭（今江苏南京市西南三十五里），与刘劭军大战，沈攸之身受重伤。刘劭被平定后，任太尉行参军，被封为平洛县五等侯，随府转大司马行参军。之后升任为员外散骑侍郎。
大明三年（年）四月，竟陵王刘诞在广陵叛乱（）。沈攸之又跟着沈庆之讨伐广陵王刘诞，多次立功，也受过伤，当时骨头被箭射穿。刘骏认为沈攸之很能打仗，因此给他配上仇池制造的步矛。平定刘诞后，应当加以厚赏，但被沈庆之压下，只是升任了太子旅贲中郎。沈攸之因此怀恨心中，也为沈庆之之死埋下了种子。
年（大明七年），遇到母亲去世，安葬母亲之后，沈攸之被起复为龙骧将军、武康县令。
景和元年（年），沈攸之担任豫章王刘子尚的车骑中兵参军，直阁。与宗越、谭金等人为刘子业（前废帝）所宠，助纣为虐，诛戮朝廷里的王公大臣。沈攸之更是亲手将八十高龄的沈庆之闷死。事后，被封为东兴县侯，不久又迁升为右军将军。
同年十一月，被刘子业软禁在宫中的刘彧勾结刘子业亲信，将其杀害，遂后登基为帝（刘宋明帝）。刘彧即位后，按常例将众人的爵位削去。
宗越、谭金因担心刘彧不能宽容自己，于是密谋沈攸之决意谋反。沈攸之把情况全都向刘彧禀告，刘彧当天就下令把宗越等人逮捕下狱处死。事毕后，沈攸之再次被召进去在宫门值班，并任职东海太守。
沈攸之还没有就职，就遇到四方反叛。（这次是刘宋史上最大规模的叛乱，史称义嘉之难，郢州刺史安陆王刘子绥、荆州刺史临海王刘子顼、会稽太守寻阳王刘子房、雍州刺史袁顗、梁州刺史柳元怙、益州刺史萧惠开、广州刺史袁昙远、徐州刺史薛安都、青州刺史沈文秀、冀州刺史崔道固、湘州行事何慧文、吴郡太守顾琛、吴兴太守王昙生、晋陵太守袁标、义兴太守刘延熙等为拥立刘子勋而同时反叛），南边的判乱军队（邓琬、陶亮拥护刘子勋发动叛乱的军队，以下称为南贼）已驻扎京城附近，刘彧任沈攸之为宁朔将军、寻阳太守，率军据守虎槛（今安徽繁昌县东北五十里长江中，东接芜湖市）。
当时王玄谟为统帅，但大军还未出发。前锋有五支军队在虎槛，后面又有五支军队接踵而来，他们每天晚上各自标明自己的军号，互不相属。沈攸之对军吏说：“如今各支队伍军号不同，各有各的主张想法，就像是有耕夫渔父，夜相呵叱，容易导致混乱，这是取败之道啊。”于是就这问题请求统一军号，众人都听从了这个意见。
当时殷孝祖是前锋都督，却不得人心，沈攸之对内安抚将士，对外协调将帅，因此得众人的信任。
此时南贼先锋钟冲之、薛常宝等人占据赭圻（今安徽繁昌县西北三十里赭圻岭北麓赭圻冲）。殷孝祖率军前来攻打，不幸身中流矢而亡，其麾下军主范潜率五百人向南贼投降，这样一来刘宋大军，人情震骇，军心不稳，众将士请求沈攸之代替殷孝祖来担任统帅。
当时建安王刘休仁屯兵虎槛，统帅全军。听闻殷孝祖死讯后，便派遣方兴、刘灵遗各率三千人奔赴赭圻。
沈攸之接替殷孝祖后，认为贼寇一定会趁殷孝祖刚死不久，士气低落之时发动进攻，如果明天再不向敌人进攻，那便是长了他人的威风，弱了自己的士气。而刘休仁派过来的方兴，名、位与自己不相上下，肯定不愿意屈居自己下属，到时候军令不统一，这就要打败仗了。
于是沈攸之带着手下将领去拜访方兴，对他说：“现在天下皆反，国家能守卫的地方不过百里方圆。只有殷孝祖被朝廷所信赖，然而才刚与贼寇交锋，便战死沙场。如今文武丧气，朝野心危。事已至此，能不能安然渡过这个难关，全看明天这一仗了。如果打不赢，那么大事去矣。今天早上的事，诸将都认为应当由我统帅全军，但我自认为自己比较胆小，而且才能与谋略都不如你，现在便推选你当统帅，希望能一起合力作战。”
方兴听后大为高兴。沈攸之走出营帐后，手下诸将领都有些怨恨他，沈攸之说：“你们难道忘了廉颇蔺相如相互忍让，寇恂贾复相互宽容的故事吗？我一直以匡扶国家为已任，怎么能计较彼此之间的高低之分呢？况且如果我不能向他让步，那么方兴会向我让步吗？当务之急是同心协力共渡难关，怎么可以树立异端呢。”
第二天一早刘宋军与南贼作战，在赭圻城外大破敌军，一直追到姥山（今安徽合肥市南巢湖中），另派水军乘势追讨。又击破南贼水军，攻陷胡、白二城。陶亮因二城被破，失去斗志而逃，留薛常宝代替孙冲之守卫赭圻。
不久后朝廷又暂时授予沈攸之节制各军的职权，进号辅国将军，代替殷孝祖督前锋诸军事。此时南贼将领薛常宝在赭圻粮尽，南贼大帅刘胡屯兵浓湖（今安徽繁昌县东北四十里大龙窝），用袋子装满大米，系在木筏和船的中央，将船翻转过来，顺流而下，以支助赭圻。
沈攸之见河道有异，派人检查木筏和船，因此截获了这批大米。
沈攸之的从子沈怀宝，是当时南贼的将领，也在赭圻。因此沈怀宝派遣亲信杨公赞带着密件来招降沈攸之。沈攸之当场将杨公赞斩杀，将沈怀宝的书信呈给了刘彧。不久后，赭圻被攻克，沈攸之因功升任使持节、督雍、梁、南北秦四州、郢州之竟陵诸军事、冠军将军、领宁蛮校尉、雍州刺史。
袁顗（与邓琬一同反叛的人）又率军到鹊尾（今安徽繁昌县东北三十五里三山镇一带长江沿岸），与沈攸之相持日久。沈攸之麾下张兴世越过鹊尾，向北占据钱溪（今安徽省池州市贵池区东北梅根港）。刘胡率军前去攻打。在沈攸之率军攻打浓湖的时候，袁顗派人传唱说钱溪已经被攻占了，沈攸之军大为震惊。
沈攸之见状对众人说：“各位不要心慌。如果钱溪确实被打败了，那里万人的军队，一定有人会逃回来的。现在的情况，一定是那里的战斗对叛军不利，所以才会故意说钱溪败了，来动摇我军的军心。”于是沈攸之勒令全军不可妄动。
后来钱溪的战报到来，果然南贼被破。沈攸之将钱溪那边杀掉的敌军耳朵和鼻子送给袁顗。袁顗非常害怕，立刻派人追回刘胡。沈攸之全力进攻南贼叛军，多有斩获，一直到日落才回。
时至鹊尾的南贼粮尽，派人去南陵（今安徽繁昌县西北三十里）接运米粮，被官军所败，并烧毁他们的运输工具。刘胡见大势已去，弃众而逃，袁顗也随之叛逃。赭圻、浓湖因此被平定，南贼所丢弃的财物，堆积如山。各路官军竞相收敛，按照各部队的大小进行抢夺。只有沈攸之、张兴世约束自己的部队，一点也不去抢夺，众将领因此称赞他。
后来沈攸之进军攻克了寻阳（今湖北黄梅县西南），因功升至临郢州诸军事、前将军、郢州刺史，持节如故。还没拜官，又升迁至中领军，封贞阳县公。
义嘉之难平定后，薛安都据彭城（今江苏徐州市）请降，刘彧虽然同意了，但言辞极为简略。同时又派遣沈攸之、张永率重军前去迎接薛安都入京。薛安都以为刘彧要借机讨伐自己，于是向北魏求援，并请求依附北魏。（）
北魏国主拓跋弘应允了薛安都的请求，派遣尉元、孔伯恭率二万（《宋书》记载二万，《魏书记载一万》）人马前往救援。当时沈攸之他们的米船（运米的船）在吕梁（今江苏省徐州市东南），另外又派遣王穆之前往民口。王穆之被北魏军袭击后，米船被没。同时武原（今江苏邳州市西北泇口乡）的辎重运车也被北魏所破。因此沈攸之不得不退兵，被北魏追击。时逢寒雪，官兵们十根手指都被冻掉二、三根。
泰始三年（年）正月，沈攸之留下王玄载守卫下邳（今江苏睢宁县西北古邳镇东三里），沈韶守卫宿豫（今江苏省宿迁市宿豫区顺河镇），睢陵（今江苏泗洪县东南洪泽湖中）、淮阳（今江苏淮阴县西南废黄河南岸）也都布置了守卫，一切安排妥当后，沈攸之才还到淮阴（今江苏淮阴县西南码头镇）。
之后因彭城战败，沈攸之被免官，只以普通官员的身份兼领了一些职务。不久，沈攸之又上书请求北伐，刘彧没答应。接着沈攸之又入朝当面陈述北伐之事，刘彧依旧没有答应，沈攸之只得重新回到淮阴。
同年六月，沈攸之亲自率军送粮草到下邳，并在城外挖掘深壕，又派龙骧将军垣护之将下邳百姓迁到淮阴。
当时刘宋名将陈显达率领千余名士兵前往下邳驻守，沈攸之等候陈显达到来。此时北魏派出间谍，去欺骗沈攸之：“薛安都希望归顺刘宋，请求派军去迎接他。”沈攸之的副将吴喜听到这消息，大喜过望，都说应该派遣千余人去迎接薛安都。不久又来许多人，传信说薛安都要归降，吴喜对此更加相信。
沈攸之将这些传信的人集合在一起，对他们说：“薛安都想要归顺朝廷的话，还是来得及的。只要他派一个儿子过来，我们一定会派大军前去迎接。你们各人既然有这个好的心愿，如果能和薛家子弟一同来的话，能让你们回到本乡本县当长官。这都由你们决定，如果不能这样，不需要徒劳地来来去去的。”自此，这些人离去后都不复还。
泰始三年（年）秋，刘彧重新命沈攸之进攻彭城。沈攸之认为清水和泗水已经干涸，军粮运输不便，因此坚持认为不应该发动进攻，就这样来来回回上书进言七次。刘彧大怒，下诏沈攸之说：“你春季的时候请求北伐彭城，我担心军士疲劳，而且去年冬季大败，人心、士气还没恢复，所以没答应你的请求。如今你不肯攻打彭城是几个意思？你若不想去，便可以派吴喜一个人去打彭城。”
沈攸之接到诏谕后感到非常害怕，只得奉旨进军。大军行至迟墟（今江苏邳州市东南）时，刘彧反悔了，于是派人追回部队。沈攸之还师到了下邳时，陈显达在睢口（今江苏宿迁市东南十里）被北魏击败。北魏军急追沈攸之，两军交战，沈攸之被矛所伤。到傍晚，才率军进入陈显达的堡垒，天黑后不断有人逃散，时八月十八日。沈攸之也被迫弃众南逃。
当初，吴兴（今浙江湖州市南十五里）丘幼弼、丘隆先、沈诞、沈荣守，吴县（今江苏苏州市）陆道量，都因能力出众随同沈攸之。一直到张永北伐时，张永败逃，沈攸之再败，丘幼弼等人不是阵亡就是被北魏俘获。沈攸之回淮阴后，被任为持节、假冠军将军、行南兖州刺史。
泰始四年（年），征召沈攸之为吴兴太守，沈攸之坚持不受。于是改任左卫将军，领太子中庶子。
泰始五年（年），沈攸之出任持节、监郢州诸军、郢州刺史。沈攸之为政苛刻暴虐，有时还会鞭打士大夫，手下官吏如果有违背他的意思的，总是当面责骂侮辱。将领、官吏有一人叛逃，同籍的符伍（居民五家，共同签具一份连保连坐契约以相检束）十余人就要被抄收家产。但是同时沈攸之通晓政事，自强不息，军吏士卒都害怕他，没有哪一个敢欺骗他。
沈攸之如果听闻什么地方有老虎，总是亲自追捕，而每次总能捕获，有时候一天能抓到两三只。如果快到傍晚还不能捕获老虎，就会整夜包围它们，等到天亮时，老虎自然就出来了。沈攸之收税极重，征发民力无度，修船冶舰，打造武器，天天干事。自从来到夏口（今湖北武汉），便有野心。
泰始六年（年），沈攸之晋升为监豫州之西阳、司州之义阳二郡军事，进号镇军将军。
泰豫元年（年），刘彧病死，遗诏命蔡兴宗、袁粲、褚渊、刘勔、沈攸之五人托孤顾命大臣，但实际上朝政大权却落在王道隆与阮佃夫、杨运长等人之手。沈攸之和蔡兴宗在外省任职，被晋号安西将军，加官敬骑常侍，赐给鼓吹一部。
还没有拜官时，正好遇到巴西（四川若尔盖县东巴西乡）人李承明反叛，擒获太守张澹，骚扰蜀地。
当时荆州刺史建平王刘景素被征召，新任的荆州刺史蔡兴宗还没有到，于是朝廷派遣沈攸之暂时管理荆州的事。沈攸之到达后，叛乱被平定，因功被任以都督荆、湘、雍、益、梁、宁、南北秦八州诸军事、镇西将军、荆州刺史，持节、常侍如故。
到达荆州后，沈攸之如同治理夏口一样地治理荆州，营造舟甲，如临大敌。当时刘宋国主刘昱才十三岁，正是主少国疑之际，沈攸之渐生反叛之心，朝廷下达的命令，一点也不遵从。
当时江州刺史桂阳王刘休范有篡夺皇位的野心，于是用言语诱惑沈攸之，派道士陈公昭写了一份天书，题云“沈丞相”，送给了沈攸之。沈攸之都不打开书信，直接将陈公昭绑了，连同书信一起送到了朝廷。
元徽二年（年）五月，刘休范以“清君侧”为由，起兵袭击建康，沈攸之对左右心腹说：“桂阳王如今反叛朝廷，肯定会说是与我沈攸之一起起义的。如果不及时勤王，一定会增加朝廷和民间的怀疑。”
于是沈攸之派遣孙同，沈怀奥率军勤王，受郢州刺史晋熙王刘燮节度。孙同等刚过夏口，刘休范就被平定，于是又回来了。平乱后，沈攸之进号征西大将军、开府仪同三司。沈攸之坚持不受开府。
对于沈攸之专权于外省，刘宋朝廷感到非常忌惮，屡次想要将沈攸之征召回来，但是顾忌沈攸之会抗命，将他逼反，只好作罢。后来众大臣借称皇太后的命令，派太后仆人向沈攸之说：“你在外辛劳已久，还是应当回京了，然而你现在身负重任，没有合适的人来代替你，所以是回京还是继续留在外，你自己酌情考虑吧。”刘宋朝廷这是在试探沈攸之。
沈攸之回答说：“我深负皇恩，被授予高官之职。但自知自己平庸而且相貌丑陋，原本是没有在朝廷为官的资格。现在戍守边疆，勉强还能胜任讨伐蛮、蜒的责任，虽然皇太后想我回去，我怎么敢自定去留，回京之事，我完全听从朝廷的旨意。”
沈攸之委婉地表达自己不愿意回京的想法，这使得朝廷大为畏惧，征召他的事只能作罢。
元徽四年（年），建平王刘景素据京口（今江苏镇江市）反叛，沈攸之再次响应朝廷。八天后，刘景素之乱被萧道成平定。
当初元嘉年间，巴东、建平二郡，军府富实，和江夏、竟陵、武陵一样的多。刘骏在江夏设置郢州，每个郡都设军府，竟陵、武陵军府也都被破坏，巴东、建平二郡军府也被峡中蛮给破坏了，致使人民流散，生存的人寥寥无几。
这年春季，沈攸之派遣军队讨伐峡中蛮。一直到刘景素反叛，沈攸之急忙追回峡中讨伐的各军队。巴东太守刘攘兵、建平太守刘道欣疑心沈攸之有异心，便派兵阻断巫峡归路，不听要求回师的军令。
当时刘攘兵兄长的儿子刘天赐任荆州西曹，沈攸之派遣刘天赐去劝说刘攘兵，让他放下武器，便不再过问之前反抗军令的事。刘攘兵见到刘天赐后，得知刘景素的确是反叛了，于是解除武装谢罪。沈攸之也如同往常一样地对待刘攘兵，后来任刘攘兵为府司马。
刘道欣依然坚守建平，刘攘兵劝说他回师，刘道欣不答应。于是与伐蛮军攻打刘道欣，攻破建平后，沈攸之斩杀刘道欣。
台直阁高道庆家在江陵（今湖北荆沙市荆州区旧江陵县），沈攸之刚到江陵时，高道庆在家闲居，写出他的亲戚十多人的名字，请求沈攸之让他们做州里的西曹，而沈攸之只录用了其中三个人。高道庆知道后大怒，亲自到州府取回任命书，撕毁它们，然后扬长而去。一直到高道庆回京时，都不曾拜访沈攸之与他道别。
高道庆到京城后，逢人便说：“沈攸之征发兵力，修缮器甲，不久就要行叛逆之事了。”
杨运长等人经常畏疑沈攸之，于是便和高道庆密谋，派遣刺客，带着刘昱的手令，并用金饼贿赂沈攸之州府的佐吏，答应沈攸之死后升他们的阶级。当时正好有三只大象到江陵城北数里处游走，沈攸之亲自去格杀它们，忽然有乱箭飞到沈攸之的马前的泥中，就这样刺杀沈攸之的事便暴露了。
元徽五年（年）七月初七，刘昱被杨玉夫所杀，刘准（刘彧第三子）登基。沈攸之进号为东骑大将军、开府仪同三司，加班剑二十人。又派沈攸之的长子司徒左长史沈元琰带着刘昱剖人斩人的工具给沈攸之看。沈元琰回到江陵后，沈攸之造反的心思更加强烈，只因他的亲信有不同的意见，所以没能落实计划。
同年十一月，沈攸之起兵叛乱。这么多年来沈攸之积累了很多人马，军资充足，将士十万，战马二千。同时沈攸之还派遣使者邀约雍州刺史张敬儿、梁州刺史范伯年、司州刺史姚道和、湘州行事庾佩玉、巴陵内史王文和等人一同造反。张敬儿、王文和杀了沈攸之派去的使者，上表朝廷告知沈攸之叛乱的消息。范伯年、姚道和、庾佩玉则蛇鼠两端，暗地里呼应沈攸之。
十二月十二日，沈攸之派遣孙同，带领武宝、朱君拔、沈慧真、王道起为一路。刘攘兵带领公孙方平、朱灵宝、沈僧敬、高茂为一路。王灵秀、丁珍东、王珍之、杨景穆为一路。三路大军相继东下。
沈攸之亲自率领武茂宗、沈韶、皇甫贤、胡钦之、东门道顺出兵，闰十二月四日兵至夏口。沈攸之即将向江陵出发时，让沙门和尚僧粲卜了一卦，说：“这次大军到不了京城，一定从郢州返回。”沈攸之听完后，十分不悦。
当初，江津有云气，形状如尘雾一般，从西北而来，正好笼罩在大军之上。行至沌口（今湖北武汉市蔡甸区东南沌口镇）时，有人说：“应当向安西将军（沈攸之）问讯，现在暂时停泊在黄金浦。”沈攸之大军登岸后，郢城（今湖北武昌城区蛇山）便出兵攻打他们。当时沈攸之听说辅政大臣萧道成的世子萧赜正驻守盆口，非常害怕，不敢东下，因此便进攻郢城。
萧道成派遣各路大军西讨沈攸之，沈攸之则派公孙方平率步骑三千进军武昌（今湖北鄂州市），武昌太守臧焕投奔西阳太守王毓，之后他们共同奔逃至盆口，因此公孙方平占据西阳。
建宁太守张谟率臧焕丢下的一千守卫进攻公孙方平，公孙方平被打败逃走。另一边沈攸之久攻郢城不下，因此全军士气变得低落。
升明二年（年）正月十九日夜，沈攸之麾下刘攘兵烧毁兵营，向郢城守将柳世隆投降，于是乎众人逃散，不可阻止。将要天亮时，沈攸之斩刘天赐，率大军过江，至鲁山，各路部队纷纷逃散。
在逃回离江陵不足百里时，听闻江陵城已被张敬儿（支持萧道成）占据了，因此沈攸之变得“无家可归”，便与第三个儿子沈文和跑到了华容境内，自缢而亡，之后被看山的人斩首，送往江陵。