生平
出身
沈葆楨於道光二十七年（1847年）考中進士，選庶吉士，散館後授翰林院編修。咸豐四年（1854年）改任御史。
任職江西
咸豐六年（1856年）改派江西，任廣信知府，追隨曾國藩與太平天國作戰。當時，城池被太平軍圍攻，守城的沈葆楨與沈夫人林普晴（禁煙名臣林則徐的三女）同登上城樓，沈夫人甚至仿效南宋梁紅玉在城樓上擊鼓，守軍士氣為之大振、擊退敵軍。
咸豐十一年（1861年），沈葆楨升任江西巡撫。同治三年（1864年），清軍攻破太平天國首都天京（今江蘇南京）後統帥曾國荃縱兵屠城廿萬，姦淫擄掠三日夜火光不息；忠王李秀成率眾突圍失敗，唯幼天王洪天貴福及洪仁玕、黃文英等輾轉逃至江西，皆為沈葆楨部擒獲並以斬草除根為目奏准慈禧太后全處凌遲極刑，其中14歲的幼天王因此成為人類史上凌遲死刑紀錄最年幼者。
船政大臣
同治五年（1866年），左宗棠於福建福州設立馬尾造船廠，左仍在籌備中旋即被調任陝甘。左宗棠薦沈葆楨代其事，沈於次年（1867年）被任為船政總理大臣，任內對中國的現代航海事業及洋務運動皆貢獻甚大。沈葆楨除了在馬尾興建船塢，製造現代船艦以裝備福建水師（同時更供應北洋海軍、南洋海軍其他艦隊），更非常著重人材培養，建立了中國首家海軍學校福建船政學堂，訓練之人材中不少成為日後北洋水師與洋務實業的中堅。
臺灣海防欽差大臣
牡丹社事件
同治十三年（1874年）5月，牡丹社事件爆發，日軍攻打臺灣恆春，清廷聞訊後派遣時任福建船政大臣的沈葆楨，緊急前往臺灣籌辦防務。不久之後，清廷獲知日軍已登陸臺灣，且與臺灣原住民之政權斯卡羅王國發生激戰，因此改授沈葆楨為欽差大臣，稱「欽差辦理臺灣等處海防兼理各國事務大臣」，將福建所有總兵、道尹歸其節制，江蘇、廣東沿海各口輪船准其調遣，以便與日本及各國按約交涉。沈葆楨受命後，便與福州將軍文煜、閩浙總督兼署福建巡撫李鶴年聯合上奏，提出聯外交、儲利器、儲人才、通消息等四項要求，清廷均予以嘉許，並命迅速辦理。
6月，沈葆楨與福建布政使潘霨一同至臺。沈葆楨以軍備刻不容緩，臺南市府城為根本之地，遂於安平興建砲臺，置放西洋巨砲以為防禦（即億載金城），同時派兵分駐枋寮、東港等地，也在旗後（今日的旗津區）設立砲臺，並請調淮軍最精銳的武力銘軍（劉銘傳部）唐定奎部六千餘人，及總兵張其光、吳光亮等洋槍隊及粵勇共八千餘人先後抵臺，積極備戰。
雖然此時臺灣情勢一觸即發，但清廷本身海防空虛，新疆回亂未平，不希望與日本發生正面衝突；日本也因飽受臺灣南部瘴癘之氣所苦，同時並未具備大規模對外征戰能力，雙方遂簽訂北京專約，日軍撤離臺灣。
在臺灣的建設
增設府縣
牡丹社事件後，沈葆楨決定在日軍登陸的瑯嶠地區設置恆春縣，同時奏請在臺灣北部設立臺北府，將淡水廳及噶瑪蘭廳分別改為淡水縣及宜蘭縣。另將淡水廳頭前溪以南地區單獨劃設為新竹縣，雞籠地區單獨設廳，並改名為基隆廳。於是大甲溪以北地區新設臺北府，下設淡水、新竹、宜蘭三縣及基隆廳，以淡水縣為附郭縣，使北部在行政組織上的比重大為增強，以配合其在臺灣開港以後的迅速發展。
沈葆楨為解決組織與移墾開發速度脫節的問題，也對中南部的行政區劃加以調整。由於當時諸羅縣南部的曾文溪以南地區距離縣治過遠，且為加強臺灣府之附郭縣臺灣縣的轄境，因此將此一地區劃入臺灣縣。此外又將彰化縣埔里地區單獨設立埔裏社廳，改「北路撫民理蕃同知」為「中路撫民理蕃同知」，移駐埔里。另在後山地區設置卑南廳，移「南路撫民理蕃同知」駐守。於是大甲溪以南的中南部地區仍設臺灣府，下轄彰化縣、嘉義縣、臺灣縣、鳳山縣、恆春縣五縣及埔裏社廳、澎湖廳、卑南廳三廳。
加強軍防
為加強臺灣的防禦能力，沈葆楨乃命人在臺灣各地修築相關建築。如臺南二鯤鯓砲臺、恆春縣城牆等。
開山撫番
沈葆楨奏請增設臺北府，也認為須同時進行開山撫番，計劃一面開發後山（東臺灣）地區，先行佔領，以免為外人所佔領，因此建設三路，北路由噶瑪蘭蘇澳鎮至花蓮縣奇萊，共計205里、中路由彰化林圮埔至花蓮璞石閣，共計265里，以及南路由屏東射寮（車城）至臺東卑南，共計214里。另外則是「撫蕃」，乃是招撫高山族原住民），使其漢化，不再出草漢人。欲使原住民失去武裝，則討伐不順從的原住民，故先後發生誘殺阿美族菁英的大港口事件、與消滅撒奇萊雅族及噶瑪蘭族的加禮宛戰役等屠殺事件，又凌遲處死赴營請降的族長古穆·巴力克（Komod Pazik）、並當眾慘殺其夫人伊婕·卡娜蕭（Icep Kanasaw），花東二族在抵抗清軍的持續入侵中幾近滅絕。
廢除渡臺禁令
沈葆楨經考察後認為必須解除過去限制漢人的渡臺禁令以落實「開山撫蕃」政策，否則臺灣之土地將無法充分開發；1875年2月，沈葆楨上奏請求解除關於臺灣之各種禁令，並獲得朝廷准許使得漢人大量來台。
表彰忠節振勵民心
沈葆楨抵臺之時，清廷領有臺灣已達190年，當時清廷對鄭成功的抗清運動也已由貶抑轉向包容，早在康熙帝就已有「朱成功係明室遺臣，非朕之亂臣賊子」之語。臺灣人也有建祠祭祀之風，鄉民私下祭奉鄭成功，稱為大王爺、開山王，且名以「開山廟」（臺南市開山路上），以掩官吏耳目。
沈葆楨抵臺之後，臺灣進士楊士芳等稟稱，可否奏請追諡鄭成功，並准予建祠；臺灣道道員、臺灣知府等官員亦表贊同，沈葆楨也認為有其必要，據以上奏，清廷准其奏請，在臺灣府城建專祠，並諡「忠節」，以彰義忠。之後建祠於府城，以南明諸臣114人配享，春秋兩季加以祭祀。沈葆楨並親手書寫對聯云：「開萬古得未曾有之奇，洪荒留此山川，作遺民世界；極一生無可如何之遇，缺憾還諸天地，是創格完人。」
兩江總督兼南洋大臣
光緒元年（1875年），沈葆楨回中國大陸，上燕京後，被任為兩江總督兼南洋大臣，負責督辦南洋水師。沈葆楨以朝廷經費有限，分散建南、北洋水師感到不足，主動提議先集中力量建北洋水師。
逝世
光緒五年（1879年），沈葆楨在江寧病逝於任上。諡文肅，朝廷追贈太子太保銜。
沈葆楨墓位于福建省福州市鼓樓區洪山鎮梅峰路2號、南京軍區福州總醫院第二住院部（總院分院）西北角的運動廣場（），與其父、母、妻、弟、弟媳同葬。沈家後人曾於西元2000年集資重修塋地，並在墓旁立一重修記碑。據重修記，原墓碑在西元1960年代文化大革命期間被毀，左右兩段已不全，僅存中間部分殘片至今。
評價
• 連雅堂：「析疆增吏，開山撫番，以立富強之基，沈葆禎締造之功，顧不偉歟！」
後代
• 第二代：沈瑋慶（1842－1880）、沈瑩慶、沈瑜慶、沈璘慶、沈璿慶、沈瑤慶、沈琬慶
• 第三代：沈翊清（1861－1908）、沈黻清（1863－1938）、沈贊清、沈照藜、沈淮琛、沈毓衡、沈惠言、沈亮吉、沈永清、沈成鵠、沈成栻、沈鵲應（1877－1900）
• 第四代：沈覲扆、沈覲平、沈覲宸、沈覲冕（1887－1945）、沈覲鼎、沈覲安（1901－1975）、沈覲壽（1907－1997）、沈覲康、沈覲唐
• 第五代：沈祖牟（1909－1947）、沈祖海、（沈祖榮）， （沈祖勛）沈祖湜、沈祖馨、沈祖籌、沈祖雄、沈祖飛、沈祖強、沈祖同
• 第六代：沈秋傑、沈秋龍、沈梁、沈丹昆、沈呂寧、沈呂巡、沈呂遂、沈冬、沈呂汀
• 第七代：沈光中、沈衛國、沈衛斌、沈朱熙
• 第八代：沈哲廷
沈葆楨（1820年 - 1879年），字翰宇、幼丹，諡文肅，是一位生於福建省侯官縣（今福州市區）的晚清重要大臣。他是「同治中興」時洋務運動的重要人物之一，先後曾任江西巡撫、總理船政大臣、臺灣海防欽差大臣、兩江總督兼南洋通商大臣，對臺灣歷史發展也有重大影響。妻林普晴是清朝名臣林則徐的次女，是為林女婿。