1031年，沈括出生在钱塘，即今杭州的一个官宦人家。沈括从小聪颖过人，酷爱读书而且勤奋刻苦，在母亲的指导下，遍读家中的藏书，对各门学科都有浓厚的兴趣。
沈括少年时代随父亲走过许多地方。壮丽的山河，广阔的田野，一幅又一幅地在他的眼前展开，引发了他对大自然的热爱。波涛汹涌的钱塘江潮、敏捷灵活的四川鸬鹚、锋牙利爪的南海鳄鱼，在沈括的脑海里留下了深刻的印象。
随父旅行的少年时代不仅使沈括开阔了眼界，也使得他接触了社会，对劳动人民的生产和生活有所了解。
1062年，沈括中了进士第一名。几年后入京，在昭文馆编校书籍。沈括在昭文馆利用时间和职务之便，阅读了大量馆藏书籍，尤其深入研究了与农业生产密切相关的天文学。一个编校书籍的青年官员，在天文方面如此下苦功夫，不由得引起了人们的注意。
一天，昭文馆的官长向沈括提出几个天文学的问题，如有关二十八宿、黄道经度、日月形状和日月食发生条件等，沈括根据自己的研究成果一一作了令人信服的回答。
丰富的天文学知识使沈括在进入昭文馆的当年，宋神宗就要他负责改造浑天仪。1072年，又指派他兼任提举司天监。司天监是中央政府掌管天文历法的机构。观测天象、推算历书是他们的主要工作。
在昭文馆中，沈括又推荐了平民天文数学家卫朴入监修历。并起用了一批士人，为他们分5科进行技术培训，学成后分配在监内工作。沈括与卫朴互取所长，通力合作，终于修成了《奉天历》。晚年时，又提出了更为先进的“十二气历”。
晚年的沈括定居润州，即今江苏镇江梦溪园，于是专心把一生对文学、艺术、历史、政治、天文、地理、数学、技术等诸方面的观察实践所积累的研究成果，归纳整理造册出书，并提出创造性的见解，最终完成了科学巨著《梦溪笔谈》。
《梦溪笔谈》不但在我国科学史上，而且在世界科学史上也有重要的地位，美国科学家李约瑟说沈括是“中国整部科学史中最卓越的人物”，《梦溪笔谈》被称为“中国科学史上的里程碑”。