沈炼，字纯甫，会稽人。嘉靖十七年(1538)进士。授官溧阳知县。由于刚直傲慢，忤逆御史，被调到茌平。父死后他离去，补在清丰，调入朝廷为锦衣卫经历。
沈炼为人刚直，嫉恶如仇，但颇为狂放不羁。每次饮酒就箕踞笑傲，旁若无人。锦衣帅陆炳对他很好。陆炳与严嵩父子交情深厚，所以沈炼也多次和严世蕃一同饮酒。严世蕃用酒虐待客人，沈炼心有不平，总是同他唱反调，严世蕃畏惧而不敢和沈炼计较。
正遇上俺答侵犯京师，致书求贡，有许多轻慢的话。下到廷臣广泛讨论，司业赵贞吉请朝廷不要答应。廷臣没有人敢支持赵贞吉的，惟独沈炼支持他。吏部尚书夏邦谟说：“你是什么官？”沈炼说“：我是锦衣卫经历沈炼。大臣不说，所以小吏说这件事。”于是罢去廷议。沈炼愤慨于国家无人，致使敌寇猖狂，上疏请求用万骑保护陵寝，万骑保护通州的军队储粮，而集合勤王军队十多万人，在敌人疲劳时发起攻击，会取得大胜利。皇帝没有省悟。
严嵩被皇上贵宠而当权，边臣竞相贿赂送东西给他。等到失事后惧怕得罪，更加运送金银贿赂严嵩，贿赂一天重于一天。沈炼时时扼腕感叹。一天跟尚宝丞张逊业饮酒，酒喝到一半就谈到严嵩，因慷慨怒骂，涕流满面。于是上疏说“：去年俺答侵犯顺天，陛下奋扬神武，想乘时北伐，这是文武群臣所希望竭忠效力的。但是要制胜必先进行朝廷计议，计议必定要先为天下除去奸邪，然后外寇可以得到平定。现在大学士严嵩，贪婪之性的毛病已达膏肓，笨拙浅陋之心顽如铁石。在皇上忧虑臣民受外寇之辱的时候，没有听说他延访贤豪，咨询方略，只与他的儿子严世蕃规划图谋自己的私利。多方阻止忠诚谋略的上告，而曲意引荐谀谄之小人。索贿卖官，沽恩结客。朝廷赏赐一人，他说‘由我赏他’；朝廷罚一人，他说‘由我罚他’。人们都窥伺严嵩的爱恶，而不知朝廷的恩威，哪个敢议论他？现在姑且列举他罪状中大的来说吧。收纳将帅的贿赂，破坏边陲的安宁，这是第一点。接受诸王的馈赠，每事都暗中予以庇护，这是第二点。收揽吏部之权，虽然是州县的小官吏也要以贿赂获得，致使做官应守的常道大受破坏，这是第三点。每年向抚按索取成为惯例，致使有司递相承奉，而闾阎百姓之财一天天减少，这是第四点。暗中制抑谏官，使人不敢直言，这是第五点。嫉妒贤能，只要有人一忤逆他的意思，必定被致之死地，这是第六点。纵容儿子接受财物，使天下人怨恨，这是第七点。运财物回到家乡，无日不有，致使道途驿站骚扰，这是第八点。久居政府，擅宠害政，这是第九点。不能协助谋图讨伐敌贼，致贻害君父忧虑，这是第十点。”同时还一并论及夏邦谟谀谄黩货的情况。请求将他们都罢斥掉，以谢天下。皇帝大怒，将他拷打数十，贬谪到保安去种田。
他去后，没有馆舍。有商人询问到他得罪的缘故，搬家让舍给他。里长老也天天送柴米给他，派遣子弟跟他学习。沈炼谈说忠义大节，大家都非常高兴。塞外的人一向忠厚直爽，又熟知严嵩的奸恶，争着骂严嵩来讨沈炼的高兴。沈炼大喜，天天与他们一起骂严嵩父子是常有的事。而且束缚草人，像李林甫、秦桧和严嵩，酒醉后就聚集子弟钻射他们。或者骑马越过居庸关口，面向南伸手指骂严嵩，又痛哭后才回来。这些话逐渐传到京师，严嵩非常痛恨他，思考着用什么来报复沈炼。
在这以前，许论总督宣、大，经常杀良民冒功，沈炼致书责备他。后来严嵩的党徒杨顺做总督。正好俺答入侵，破应州四十多堡。杨顺惧怕得罪，想上敌人首级论功自解，听从吏士诛杀逃避兵战的人，还超过许论。沈炼遗书责谴他更加急切。又作文祭祀死了的人，言词多讽刺杨顺。杨顺大怒，让私人找严世蕃，说沈炼结士击剑习射，居心叵测。严世蕃将这嘱托巡按御史李凤毛。李凤毛荒谬自责说：“有这种事，已经暗中散去他的党徒。”既而代李凤毛的人是路楷，也是严嵩的党徒。严世蕃嘱咐他和杨顺一起图谋这件事，许诺给他们厚报。他们两人日夜谋图如何中伤沈炼的事。正巧蔚州的妖人阎浩等人一向用白莲教蛊惑众人，出入漠北，泄露边情为患。官军捕获他们，词所连及的人很多。杨顺大喜，对路楷说：“这足以报告严公子。”撰改沈炼的名在其中，诬蔑阎浩等人师事沈炼，听从沈炼指挥，具狱上奏。严嵩父子大喜。前总督许论这时正掌管兵部，竟回覆如其奏。斩沈炼于宣府街市，将他儿子沈襄戍守极边。给予杨顺一子锦衣千户，路楷等人待选五品卿寺。这时是三十六年(1557)九月。杨顺说：“严公薄我赏，意岂不满足吗？”拿沈炼的儿子沈衮、沈褒，用杖打死，再移檄令逮捕沈襄。沈襄到达后，拷打审讯正急，恰巧杨顺因他事被逮捕，沈襄才得以免死。
后来严嵩败露，严世蕃被诛。临刑的时候，沈炼所教的保安子弟在太学的人，用一锦帛写上沈炼姓名官爵，持举入市。看到严世蕃断头完毕，大呼说：“沈公可以瞑目了。”接着恸哭离去。
隆庆年初期，皇帝下诏令褒赏言事的人。赠沈炼光禄少卿，任用他一个儿子为官。沈襄于是上书，陈述杨顺、路楷杀人媚奸的情况。给事中魏时亮、陈瓒也相继疏论这件事。于是将杨顺、路楷交付官员审理，处以死罪。天启初年，赠沈炼谥号忠愍。