浙江吳興（今湖州德清人），出身世家，玄宗開元末年被選入東宮為宮女。時肅宗李亨為皇太子，賜沈氏予廣平王李豫（李亨長子，亦即日后的代宗）。沈氏美貌如花，又賢淑純良，故而深得李豫寵愛，于天寶元年（742年）為李豫生下長子李適（即日后的德宗）。

天寶十五年（756年），安祿山叛唐后進逼長安，玄宗帶著楊貴妃及諸皇子皇孫倉皇出逃，李亨李豫李適自然都在其中，而諸皇子皇孫的妃妾及一大群皇親國戚卻被遺下未及逃走，被叛軍俘獲，從西京長安劫掠到東都洛陽，其中就有沈氏。

李亨在靈武稱帝后，封長子李豫為天下兵馬大元帥。至德二年（757年），李豫收復東都，在掖庭中找到了已被關押一年多的沈氏。乾元元年（758年），李豫被立為皇太子，但并沒有明確沈氏的名分，也沒有把她迎回長安，而是一直住在洛陽宮中。乾元二年（759年），史思明再次攻陷洛陽，沈氏從此失蹤。

李豫即位后，于廣德二年（764年）立長子李適為皇太子，同時下詔尋找沈氏。雖派人到處尋訪，十余年卻始終一無所獲。其間經常有人聲稱自己是沈氏，比如有個尼姑就曾謊稱是太子之母，但后來都發現是冒名頂替。大業十四年（779年）代宗駕崩，太子李適即位，于次年建中元年（780年）遙尊生母沈氏為“睿貞皇太后”，在含元殿具冊`立牌`上皇后朝服，李適親奉冊伏拜痛哭不止，左右群臣皆泣。

為了尋找生母，德宗李適采納了中書舍人高參的建議，任命睦王李述為奉迎使，沈氏族人四人為判官，派使多人分行天下，四處尋訪，多方查找，同時對沈氏家族大加封贈，以期母子團聚。

建中二年（781年），消息傳來，沈太后在洛陽找到了，長安城中一片喜悅。然而，很快就證實所謂的“沈太后”只是高力士的一位養女，因為年紀相貌酷似沈氏并與之在宮中有所接觸，誘于名利而行冒充之舉。德宗左右都很氣憤，紛紛請求對之治罪，而思母心切的德宗不但不予治罪，還對身邊的人說：“只要能找到真正的生母，我受一百次騙也沒關系?！睆拇酥?，冒名者越來越多，然而，終德宗一生，也未能找到真正的沈太后。

德宗在位26年而崩，長子順宗即位并于七月后駕崩，由其長子憲宗即位。此時，尋訪沈氏的工作已經進行了幾十年，仍無音訊，有司建議予以停止，同時發詔，在肅章內殿為沈氏發喪，上太皇太后號，建衣冠冢于代宗陵并立神位于代宗廟。

總觀沈后一生，命運多艱，屢遭離亂，結局更是千古之謎，故而小說家多有臆造之舉，更有許多地方的尼庵留下了沈后在此出家的傳說，頗具傳奇色彩。