隆庆二年，成三甲进士，选庶吉士，不久授职检讨。万历二年，出任会试同考官，之后历任翰林院编修官兼经筵讲官左中允兼翰林院编修、侍读学士右谕德、吏部左侍郎兼侍读学士，加太子宾客。万历十二年，升作詹事府少詹事，兼翰林院侍读学士，教习庶吉士，为郭正域师。万历二十二年，出任南京礼部尚书。万历二十二年，出任南京礼部尚书、正史副总裁；协理詹事府，但未赴任。
万历二十三年，入内阁，参与机务。万历二十九年十一月，成为当朝首辅。张居正主政时，与张多有不合，长期被闲置不用。张居正去位，经廷臣举荐，沈一贯升东阁大学士，始入阁参预明廷机务。史载“一贯之入阁也，辅政十有三年，当国者四年，枝柱清议，论者丑之”。
当时万历帝长期称病疏于朝纲，大权遂旁落沈一贯手中。沈一贯网罗朋党，大力排除异己。沈一贯执政后期，楚太子狱、妖书案、辛亥京察案三事均与他有直接关系，故而弹劾者甚众。万历32年考察京官时庇护同党打压异议而引公愤，因势利导，告病请退。不久召启用，封晋太子太保兼少师，不久再次受到弹劾，遂以愈七十高龄托病辞官，归乡杜门不出十年之久头诗书著述，于八十四岁去世太傅，谥文恭。;