沈攸之字仲达，是沈庆之堂兄的儿子。他的父亲沈叔仁是宋朝衡陽王刘义季的征西长史，兼做参军领队。
沈攸之少年的时候是个孤儿，家里很穷，元嘉二十七年(450)，魏军向南进攻，朝廷调发了三吴的军队，沈攸之也随军行动。等到了建邺，去找领军将军刘遵考请求补任新兵的队主。刘遵考认为他外表丑陋，不能充任，沈攸之叹息说：“从前孟尝君身高六尺做齐国的宰相，今天求士就要取肥大的吗？”于是便去跟随沈庆之征讨。
元嘉二十九年，征讨西陽蛮，才补任了队主。在巴口建立义军，任命他为南中郎府的板长兼行参军。新亭之战，身受重伤，事情平定后，兼做太尉参军，封为平洛县五等侯。随着军府转为兼大司马参军。
晋朝的时候，在京城两岸扬州府旧时曾设置都部从事，分掌两县的违法案件，永初以后撤销。孝建三年(456)，重又设置这一职务，沈攸之掌管北岸，会稽人孔..掌管南岸，后来又撤销。沈攸之调任员外散骑侍郎，又跟随沈庆之征伐广陵，屡次建功，曾经被箭射中穿破了骨头。孝武帝因为他善战，配给他仇池所产的步..。事情平定以后要加以厚赏，被沈庆之压下来。调任太子旅贲中郎，沈攸之对他十分恼恨。
前废帝景和元年(465)，任命为豫章王刘子尚的车骑中兵参军、直阁，与宗越、谭金等人一同为废帝所宠爱。杀戮众位大臣，沈攸之等人都替他卖力，被封为东兴县侯。
明帝即位，他被依例削除了封爵。不久他又告发宗越、谭金等人谋反，重召他为直阁。正赶上四方反叛，南方的贼兵已经开到很近的地方，于是以沈攸之为宁朔将军、寻陽太守，率军据守虎槛。当时王玄谟为军队的统领，尚未出发，前锋有五支军队在虎槛，五军以后，又陆续赶到其他部队，每到夜间各自树立信号，互不通告。沈攸之对军吏说：“现在众军共同举事，而信号却不相同，如果有农民渔夫夜里互相呵叱，就会引起惊恐混乱，这是导致失败的途径啊！请大家依着一个军队取号。”大家都依从了。
殷孝祖担任前锋都督，大失人心，沈攸之对内抚慰将士，对外协调群帅，众人都为此而保持安定。当时殷孝祖中了流箭死去，军主范潜率领五百人投降了贼军，人情震骇，都认为沈攸之应该代替殷孝祖为统率。当时建安王刘休仁屯驻在虎槛，总统各路军队，听说殷孝祖死去，便派遣宁朔将军江方兴、龙骧将军刘灵遗各率领三千人赶到赭圻。沈攸之认为殷孝祖既然已死，贼寇会有乘胜的想法，明天如果不再进攻，则是向他们示弱。江方兴与自己名位相当，必定不会为自己的下属，军政不一，是导致失败的原因，于是便率领着各位军主到江方兴那里加以推重，并且进行了慰勉，江方兴非常高兴。沈攸之出去以后，各军主都埋怨他。沈攸之说：“诸位难道忘了廉颇、蔺相如和寇恂、贾复的故事么？我本来是报效国家，哪能计较此处的升降。”明天早晨进军作战，从寅时直到午时，在赭圻大破贼军。
不久，他晋升封号为辅国将军，代替殷孝祖督前锋诸军事。薛常保等人在赭圻粮食吃尽，南贼大帅刘胡屯驻在浓湖，他用袋子盛上米系在木筏和船腹上，伪装翻船，顺风流下，来增援赭圻。沈攸之怀疑其中有异常情况，派人取了船和木筏，得到了很大一批米，不久攻克了赭圻。
调任宁蛮校尉、雍州刺史，加任都督。袁靑又率领大军进入鹊尾，相持了很长时间，军主张兴世越过鹊尾到上游占据了钱溪，刘胡自己去攻他。沈攸之率领各位将军进攻浓湖。钱溪的消息传来，知道大破了贼军，沈攸之把钱溪所送来的刘胡军士的耳朵鼻子都拿给他们看。袁靑十分惊骇，急忙追赶刘胡的军队返回。沈攸之的各路军队全力进攻，杀死和俘虏敌寇很多，刘胡于是抛弃众人独自逃跑，袁靑也逃跑了。赭圻、浓湖平定后，贼军舍弃的资财、珍宝堆积如山，各路军队竟相收敛，只有沈攸之、张兴世约束所率领的部队，不取一丝一毫，诸将领因此而称赞他们。沈攸又进军平定了寻陽，调任中领军，封为贞陽县公。当时刘遵考为光禄大夫，沈攸之在皇帝的御座旁边对刘遵考说：“外表丑陋的人现在如何？”明帝问是怎么回事，沈攸之依实回答，明帝大笑。
沈攸之经过多次调转，做了郢州刺史，为政苛刻暴虐，有时鞭打士大夫。上等佐官以下的人不合他的心意，就当面加以辱骂。但是他通晓官吏事务，自强不息，士人平民都很怕他，人们都不敢欺负他。听说哪里有猛兽，他就亲自去围捕，前往无不得到。一天当中有时捕得两三只。如果临近黄昏还捉不到则连夜围守。他赋敛严酷，征发无度，修缮船只，营造器甲。自从到了夏口，他便有了异图。晋升监管豫、司二郡的军事，晋升封号为镇军将军。
泰豫元年(472)，明帝逝世，沈攸之与蔡兴宗都在地方驻守，一同参与顾命。正遇上巴西人李承明反叛，蜀地被騷扰。当时荆州刺史建平王刘景素被征调，新任命的荆州刺史蔡兴宗还没有到镇，于是便派沈攸之权且兼管荆州事务。正好李承明已经平定，便以沈攸之为镇西将军、荆州刺史，加任都督。他聚敛兵力，养马达到二千多匹，都分发给巡逻将士，让他们耕种田地，食物自给。粮食、钱财全部充入仓库。荆州军工厂每年送来人丁、兵器数千，沈攸之截取一些留下，簿册上记录说是“供讨伐四山蛮使用”。他装备了数百上千艘战舰，沉放在灵溪里，同时聚积了巨量的钱帛器械。他渐渐产生了不对别人称臣的心志，朝廷的制度全都不遵守。富贵情形就和君王一样，夜里各厢房长廊的烛火燃放到天明，后房中佩带珠玉的女子有几百人，都是这一时代的绝佳相貌。
江州刺史桂陽王刘休范暗中有谋反之心，想用委婉的暗示说动沈攸之，就让道士陈公昭写了一封假托为天帝的书信，题名为沈丞相，把信送给沈攸之的守门人。沈攸之不打开书信，推断出是陈昭公所写，把信送上朝廷。后废帝元徽二年(474)，刘休范举兵攻袭京都，沈攸之对属下官员们说：“桂陽王现在逼犯朝廷，必定声称我与他同谋，如果不辛苦保卫君王，必定会增加朝廷和社会上的疑惑。”于是派使者去接受郢州刺史晋熙王刘燮的指挥。等到刘休范被平定，使者才回来。沈攸之晋升封号为征西大将军、开府仪同三司，他坚持推辞了开府的封号。沈攸之独自带兵在外，朝廷对他怀有疑虑和惧怕，几次想征调他入朝，又担心他不接受命令，因此才停了下来。
泰豫四年，建平王刘景素在京城造反，沈攸之又执行朝廷的命令，刘景素很快就被平定。当时有个台直阁高道庆家在江陵，沈攸之初到州上的时候，高道庆正在家中，写信介绍了他的亲戚十几人，请求西曹署用他们在州里任职，沈攸之替他安排了三人。高道庆大怒，自己到了州里取了那封安置信毁掉而去。高道庆平常熟习骑马，沈攸之与他在公堂前面宴饮，于是又上马演习武艺，高道庆的槊刺中了沈攸之的马鞍，沈攸之生气地取刀斩槊，高道庆驰马而出。回京后描述了沈攸之要造反的情景，请求率领三千人前往攻袭。朝廷官员们恐怕事情难以成功，高帝又坚持不许。杨运长等人常常对沈攸之怀有疑虑和畏惧，便与高道庆秘密派遣刺客送上废帝的手诏，把一块金饼赐给沈攸之，而对州府的下属官员们都晋升官级。当时有三头大象到了江陵城北几里地的地方，沈攸之自己出去杀死了它们，忽然有流箭聚落在沈攸之所骑马的障泥上面，后来刺客事情暴露。废帝死后，顺帝即位，封沈攸之为车骑大将军、开府仪同三司。齐高帝派沈攸之的儿子司徒左长史沈元琰送给他废帝挖心砍头的刑具让他看，沈攸之说：“我宁愿像王凌那样死，不愿像贾充那样生。”当时还不能马上起兵，于是便上表向朝廷庆贺，并且给齐高帝寄信推尊他的功劳。
沈攸之有一块白绸布上有字十几行，常常藏在背心的角边上，说是宋明帝与自己有誓约。又皇太后的使者来到，赐给沈攸之蜡烛十台，割开后得到了太后的手令，说“国家之事，全部委托给您了。”第二天，便起兵了。他的妻子崔氏、许氏劝谏说：“官人年纪已经老了，怎么不为一家百口想想。”沈攸之指指背心角让他们看。
沈攸之平时收养兵马，用品丰足，到现在已有战士十万、战马三千。即将从江陵出发时，让和尚释僧粲进行占卜，说：“不到京城，应当是进到郢都返回。”他心里很不高兴。起初从江津出发，有一种气形状像尘雾一样从西北过来，正覆盖在军队上部。齐高帝派众军向西讨伐，沈攸之倾尽所有的精锐部队进攻郢州，行事刘世隆屡次将他击败。升明二年(478)，回头开往江陵，还没有走到，城已经被雍州刺史张敬儿占领，沉攸之无处可归，便与他的第三个儿子中书侍郎沈文和到了华容的..头林，投到一个州吏的家里。这个州吏曾经被沈攸之所鞭打，而现在待沈攸之非常厚道，不以从前的责罚为怨恨，杀猪招待他们吃饭。随后村里的人打算把他们捉住，沈攸之在栎林中与沈文和都自缢而死，村里的人把他们斩首后送到了京城。有人割开了沈攸之的肚子，发现他的心有五个孔。征西主簿敬昭先以自己的家财埋葬了他。
沈攸之晚年喜欢读书，手不释卷，《史记》、《汉书》记忆了很多。他常常叹息说：“早知穷达有命，恨不十年读书。”后来攻郢城，夜里曾遇上风浪，米船沉没。仓曹参军崔灵凤的女儿先前嫁给了柳世隆的儿子，沈攸之严正地告诉他说：“现在军粮紧急，而您却并不在意，是不是因为和城内结了婚姻的缘故啊？”崔灵凤说：“乐广说过，下官哪能拿五个儿子去换一个女儿！”沈攸之高兴地解除了心中的怨怒。
沈攸之召集有才干和气力的人物，随郡人双泰真力气很大，但是召他不肯前来。沈攸之派了二十几个人穿着盔甲去追他。双泰真射死了好几个人，想回家把母亲带出来，而事情紧迫没有办成，自己单身逃入蛮人地界。追赶的人追丢了他，便把他母亲抓去。双泰真失去了母亲，于是便自己回来，沈攸之没有怪罪他，说：“这是一个孝子。”赐给他了一万钱，转补为队主，他就是这样地抑制自己的感情对待士人。
起初，沈攸之地位低贱的时候，与吴郡的孙超之、全景和曾经共同乘着一条小船出京去，三个人共同走上土坝，有一个人把他们拦住傍他们相面，说：“你们三个人都会成为地方长官。”沈攸之说：“哪有这种事？”相面的人说：“如果不灵验，便是相书错了。”后来沈攸之主持郢、荆二州，孙超之是广州刺史，全景文是南豫州刺史。全景文字弘达，齐朝永明年间(483～483)，死在光禄大夫任上。
沈攸之起初到达郢州，有顺流而下的志向，府主簿宗俨之劝他攻郢城。功曹臧寅认为攻守形势不同，不是旬日之间所能攻下的，如果不能及时攻取，会挫折锐气，折损威风，沈攸之不听从。失败以后，各个将领全都逃散，有人叫着臧寅一齐逃亡，臧寅说：“我委身追随别人，怎么能侥幸于他们的成功而去责怪他们的失败。”于是投水而死。又仓曹参军金城人边荣被府录事所侮辱，沈攸之为边荣而用鞭子打死了录事。沈攸之从江陵东下，以边荣为留府司马守城。张敬儿将要到达，有人劝说他让他到张敬儿那里去请降。边荣说：“我受到了沈公的厚恩，一旦情况紧急，便改变本心，我不能这样做。”城被攻破见到了张敬儿，张敬儿问他说：“边公为什么同别人一起做贼，而不早些过来？”边荣说：“沈荆州举义兵，挽救国家，我身体虽然可以消灭，却是宋代的忠臣。天下还有直言之士，不可以称他们为贼。我本来就没有求生，何必再来相问？”张敬儿说：“要死有什么难的？”命令把他杀死，边荣欢笑而去，面容毫无异色。泰山人程邕之，素来都是依随边荣，现在抱着边荣对张敬儿说：“您到了别人的地面，没有树仁惠的声誉，却先杀了仁义之士，三楚的人们，宁肯跳长江、汉江而死，岂肯同将军同日而生！”张敬儿说：“求死非常容易，为什么不答应？”先杀了程邕之，然后杀了边荣，三军无不落泪，说：“为什么一天杀了两位义士？”把他们比作臧洪和陈容。
废帝死后，沈攸之想起兵，询问懂星相的人葛珂之。葛珂之说：“起兵都要等候太白星，太白星出现了就能成功，潜伏着就会失败。过去桂陽王在太白星潜伏时起兵，打了一仗就被杀死，这是近代的明确验证。现在萧公废除昏君，拥立明君，正是在太白星潜伏的时候，这是与天象相合的。况且太白星刚出现在东方有利于用兵，出现在西方则不利。”所以沈攸之停止不能东下。等后来举兵，葛珂之又说：“现在岁星守在南斗，它那个封国不可以攻伐。”沈攸之不听从，果然失败。
沈攸之的表檄文书，都是他的记室南陽人宗俨之的手笔，事情失败以后责备宗俨之，他回答说：“士为知己效命，哪能为你们这些人所理解呢？”接着被杀死了。
沈攸之在景和年间与齐高帝一同在宫中值勤，相处很好，高帝把长女义兴宪公主嫁给了沈攸之的三儿子沈文和为妻，生了两个女儿，都养在宫中，对她们恩情很厚，后来出嫁都是找的旧时的朋友家，由公家负责陪送。齐武帝下诏令让沈攸之的弟弟沈雍之的孙子沈僧昭为义兴公主的后嗣。