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早年经历
顺治十四年（1657年）沈福宗出身于一个父母都信奉天主教的普通家庭，父亲是一位草药医生。沈福宗受过良好的传统文化教育，对中医、炼丹术也略有所知，但从未参加过科举考试。他在结识当时在江南传教的比利时耶稣会士柏应理后，从其学习拉丁文。康熙二十年（1681年），柏应理奉召向罗马教廷陈述康熙皇帝对“仪礼问题”（Question des rites）的立场。离华之前，他约定与时年二十五岁的沈福宗和五十岁的吴历等中国人同往欧洲。吴历可能因体弱多病而未能成行。
英国之行
沈福宗于1685年应邀出访英国，在伦敦与英国国王詹姆斯二世会面。这是有记录以来第一次中国人来到英国。詹姆斯二世年轻时就对中国历史文物感兴趣，还是王储时就观看中国戏剧、阅读中国书籍。在与沈福宗会面之后，詹姆斯二世邀请他出席宫廷宴会，并让英国宫廷画师克内勒爵士（Sir Godfrey Kneller）为沈画像，并将画挂于其国王卧室。
沈福宗在牛津（一说在宫廷宴会上）遇见了汤姆斯·海德（Thomas Hyde），二者共同探讨了中国历史、哲学和语言等问题，沈福宗还教了海德一些中文，他们之间应该是用拉丁语交流的。沈福宗还能对博德利图书馆的中国书籍一一分类，同时描述它们的内容，这都是当时期没人能够做到的事情。此外，他还向图书馆人员展示了如何翻阅中文书籍。詹姆斯二世希望他能在英国旅行期间帮助编撰牛津大学图书馆中文书籍目录，沈福宗接受了这项任务。
在牛津大学图书馆，沈福宗认识了图书馆负责人、英国东方学家托马斯·海德，他们两人曾多次进行研讨，沈福宗回答了海德诸多有关中国的学术问题。为了表示尊敬，沈福宗称海德为“德老爷”，海德则呼沈福宗为“最尊敬的朋友”。现今保存于大英图书馆的沈福宗与海德之间来往书信和谈话记录显示，海德曾告诉沈福宗，他想创建一种全欧洲都可以使用的汉字注音体系，沈福宗将中国的辞书《海篇》和《字汇》介绍于他，不仅如此，他们之间的交流连中国象棋和围棋的下法以及两种中国游戏“升官图”和“杨六四捍”的游戏规则（这两种游戏在今天的中国已几乎绝迹）也均有涉及。后来海德出版的一些著作，如《中国度量衡考》和《东方游艺》，可谓是中西方文化交流的成果。
海德还给大科学家波义耳 （Robert Boyle，1627-1691） 写信，向他介绍沈福宗。信中写道：“持信者是一位中国人，在牛津大学跟我一道为中文藏书编写目录，并告诉我们这些书籍的主题。在我们的中文收藏中，有一些是孔子的书，但大多数是医学方面的书籍。他精通自己本国的语言，曾研究汉语和儒家学说多年，但他并不盲从孔子。他是一位温厚、热心、勤奋、朴实而庄重的人。”
沈福宗接触的英国科学家还有曾经当过波义耳助手、后来成为皇家学会实验员的物理学家胡克 （Robert Hooke，1635-1703） 。他们两人曾在伦敦、牛津多次会面，就中国的语言文字、历史、哲学和科学技术展开长谈。李约瑟推测胡克有关波动说的思想曾受惠于沈福宗介绍的中国古代自然观。
染病去世
在英国居住了两年之后，沈福宗回到法国与柏应理重聚，然后又一起在比利时居住了一段时间，最后从比利时前往荷兰，等待商船返回中国。1692年，沈、柏二人搭载荷兰商船启程返华，沿大西洋南下至非洲西海岸时，沈福宗突然染病，于9月2日在非洲东南葡属东非（今莫桑比克）附近去世，享年三十六岁，虽然未能实现自己作为一名耶稣会神父回国传教的理想。不过，作为大航海时代东西方文明交流的见证者和参与者，沈福宗的故事已经为人们所记取。
