沈同出身书香门第，父亲沈叔明在民国初期创办吴江第一所小学，一生致力于家乡教育事业，为乡人所称颂。父亲勤于读书写作，热衷新潮办学，要求学生德、智、体全面发展。家中藏书甚多，晚上常有人提了灯笼来其父书房读夜书。沈同4岁即跟随父亲学写大字和作文，6岁在小学家长会上表演写大字，当场提笔写了“十年树木，百年树人”八个大字，受到家长和来宾嘉许。7岁丧父，家境贫寒，母亲坚毅开朗、和蔼慈祥，全家4口人的生计全靠母亲做针线活来维持。父亲留下的物质遗产只是一大柜的书籍，有经、史、子、集，有许多手抄本，也有教育学、博物学等书。沈同十分爱惜这些书籍，定时翻晒，整理归类，大量阅读了各类图书。他是长子，事母至孝，学习之余就帮助母亲做些家务，照顾弟妹。空闲时带领弟妹，包括堂弟、表妹，一起游玩，对他们十分爱护。他自幼勤奋好学，清晨早起，打扫庭院，然后练字读书，众弟妹亦跟随学习，寒窗苦读，乐在其中。夜深人静，母亲在灯下缝衣，沈同则陪伴母亲夜读。针线活收入微薄，家庭生活十分贫困，沈同上学所用铅笔只剩一个笔头仍不舍丢弃，作业本无钱购买都是自己钉的，一次为此受到老师训斥，不敢回家诉说，只能暗中流泪，但也激励了奋发上进的决心。生活虽然贫困，却使沈同与其弟妹从小就比其他孩子更懂艰辛，更明事理，更富于亲情爱心。

十二岁完成小学学业后考入吴江中学，该中学位于富有文化古迹、风景优美的吴江西门外。中学的数学、英语和国文老师都是非常好的老师，各有不同风格，但都循循善诱，给他留下了深刻的印象，初中三年打下了良好的学习基础。回顾求学过程，沈同认为：“初中是人生最重要时期，有了初中的基础，以后高中、大学的知识都可以自学”。当时岁月艰难，沈同还是以优异成绩完成吴江中学初中学业。十五岁初中毕业，立志做一个“追求真理，学而不厌，诲人不倦”的好教师，继而转学苏州中学师范科。苏州中学是一所有着悠久历史的学校，有一批优秀的老师，学习条件很好。课外常看《新青年》，深受李大钊《青春》一文的鼓舞。受到老师的影响，对生物学有较浓厚的兴趣。高中毕业后考入清华大学，主修生物学。母亲四处借贷，才得以供他上大学。

进入清华园，他节衣缩食，一双破皮鞋还是同学送的，鞋底磨破了，里面垫块厚纸板继续穿。虽贫寒却具一身傲骨，他在自己的照片上题字自勉，“愿今后：拓吾心胸，健吾体魄，庶几学术素志得所伸”。沈同学习刻苦钻研，重视亲身实践。大学二年级学习比较解剖学，课下即尝试作了蝙蝠泄殖系统的解剖，写成论文，受到老师赞许，发表在《科学》月刊上。大学毕业前后，跟随老师做科学研究，曾发表多篇论文。

1933年清华大学毕业后留校任教。先后担任普通生物学、植物形态学、植物生理学、遗传学助教。1936年考取清华大学公费留学，进入美国康奈尔大学（Cornell University）研究生院，由生物化学教授梅乃德担任其学位委员会的主修学科教授，指导从事动物营养学方面的学习和研究。1939年获康奈尔大学哲学博士学位，时值抗日战争时期，沈同谢绝了老师的挽留，不畏艰难转道香港、海防，由滇越铁路到达昆明西南联合大学。为了抗日，一到西南联大就参加中国红十字会救护总队，任营养指导员，跋山涉水深入湘赣山区，冒着敌机轰炸到达前线，考察士兵膳食营养状况，写出调查报告，提出改善意见。1940年回到西南联大教书，担任生理学、营养学和生物化学课程，并兼任研究生的培养工作。沈同先后在西南联大、清华大学、北京大学任教，毕生从事教学。

受到父母潜移默化和良好家风的影响，沈同一贯待人真诚，襟怀坦荡，淡泊名利，热心助人，处处替别人着想。他成家后将母亲接来北京，亲自侍奉，让母亲有一个幸福的晚年。

工作再忙，每天回家必定先看望母亲，坐一会，谈一会；晚上侍候母亲上床，塞好被子，叠好衣服，蹲在床头和母亲说说笑笑，待母亲入睡才悄悄离开。晚年母亲患半身不遂，卧床不起，他五年如一日地细心照顾母亲，坐在母亲床旁，一边看书、改卷子，一边陪伴母亲，给母亲讲些开心的事，喂茶、喂饭和喂药，十分周全体贴。以沈同为榜样，其子女同样孝顺父母，忠厚待人。他常说：“不要打骂孩子，打骂会使孩子不把心里话讲出来”。沈同继承了书香世家的家风，他的一家，还有住在一起的甥侄辈，和睦相处，敬老爱幼，兄友弟恭，互相礼让，从不为利争吵，从不做损害他人的事。沈同的人生目标是“追求真理，乐于奉献”，并以此来齐家治学，他的一生做到了这一点，他的家人和学生也都铭记在心，努力去做。

早年，在清华大学学习时，曾随陈桢、李继桐、萨本铁三位教授做科学研究。陈桢教授研究金鱼的变异和遗传。李继桐教授研究植物生长激素和银杏胚的体外培养。萨本铁教授研究醛、酮衍生物的化学。沈同从三位导师处学到了科学研究方法，并在大学学习期间独自进行了“饥饿与冬眠对野生金鱼不同器官及组织比重的影响”研究。清华毕业后留校，继续跟随李继桐老师研究“泛酸对酵母及银杏胚在培养基中生长的影响”。当时泛酸刚刚发现，只知道是一种广泛存在的生长促进物质，对其生物学作用尚不十分了解，沈同的研究尚属前沿。上述两项研究的论文均发表在清华大学《科学报告》上。

在康奈尔大学动物营养实验室从事研究期间，他参加了麦凯教授主持的大鼠长寿实验，给大鼠平衡的完全饲料，但限制热量摄入，结果使大鼠存活期显著延长。他还进行纯化饲料的研究，给实验动物饲料中加入少量鱼肝油，实验动物--豚鼠和羊都患了肢腿瘫痪症，加入少量麦胚油就不出现骨肌病变。进一步分析发现，麦胚油富含维生素E，鱼肝油中的脂肪酸可能破坏了纯化饲料中的维生素E，从而导致骨肌退化和营养障碍。康奈尔大学的实验室条件和研究工作都是世界一流的。在上述研究中沈同深刻认识到各种营养因素之间存在错综复杂关系，从而使他在以后的研究中善于设计对照，能从复杂的体系中找出规律。

1939年取得博士学位后即回国报效，首先参加红十字会深入山区和前线，调查战时士兵与百姓营养状况，有关论文发表在《科学》（Science）和清华大学《科学报告》上。一年后回到昆明西南联合大学任教。当时西南联大的物质条件极差，实验室是泥地、土墙、铁皮屋顶，各种实验设备和试剂都匮乏，并还时有敌机来袭警报。尽管如此，沈同还是因陋就简，指导研究生从事营养生理生化的实验研究，既重视维生素的应用，也注意探索其生物学作用，做了许多工作，并得到国内外学术界的关注。英国皇家学会会员、生物化学家李约瑟博士曾了解他们的研究课题，及时提供文献资料和实验药品等。沈同在美国康奈尔大学的许多师友集资购置各类结晶维生素，装成一个木箱，登报征求来华医生带来；哈佛大学教师寄来许多杂志、文献资料，热忱支持他们的研究。这个土实验室吸引了来自浙江大学物理系、化学系的毕业生，以及华中大学和西南联大化学系、生物学系的同学，针对维生素促进红细胞增多效应等进行多方面的研究；还研究了黄豆发芽过程中维生素C含量增长曲线与有关酶的变化，单色光对其间叶绿素形成的效应；研究了昆明各类茶叶的维生素与咖啡因含量，发现当地余甘果含有极丰富维生素C，研究了对其利用和储存；研究了云南白药对犬骨折愈合效应，等等，写出十多篇论文，在国内外刊物和会议上发表。抗日战争胜利后，沈同回到北平在清华大学继续研究抗坏血酸的分布及其对红细胞的影响，并有多篇论文发表。

1952年高校院系调整，沈同调入北京大学生物学系任教，建立了生物化学教研室。当时缺乏生化实验条件，沈同鼓励师生自己制备生化制剂，创造条件开展研究。他常说：“许多重大发现都是在简陋实验条件下获得的，起决定作用的是人，而不是物质条件。”当时教研室拟开展大脑生物化学研究，沈同指导研究生进行“刺猬在冬眠时期脑糖原含量的变化”研究，以糖原含量为指标，探测大脑兴奋与抑制状态，从而使复杂的大脑生化研究找到简易的入手处。在此基础上进一步开展了实验动物大脑氨基酸和多肽的研究。

20世纪50年代国际上对遗传物质DNA掀起研究热潮，沈同不失时机在生化教研室组织开展核酸的研究，建立了有关研究技术，围绕“RNA与蛋白质生物合成”，“电离辐射对核酸代谢的影响”开展了一系列研究工作。沈同善于用一些容易测定的生化指标来探索复杂的生化过程，这对当时实验条件较差的情况下开展科研尤为难能可贵。其后与科学院合作，参加了“酵母丙氨酸tRNA人工合成”的课题研究。对RNA连接酶的分离纯化和将RNA连接酶用于RNA酶促合成的研究中取得了重要成果。基因克隆技术兴起后，教研室随即建立了该技术，并用于限制片段的克隆研究。在沈同住持下，北京大学生化教研室是我国最早开展核酸生物化学与基因工程研究并做出重要贡献的实验室之一。沈同学术思想活跃，观察力敏锐，善于抓住学科发展的关键问题，开拓新的研究领域，尤其注重交叉学科的发展。

沈同十分重视用辩证唯物论哲学指导教学和科学研究。他认为比较的方法可以从复杂的事物中找出本质的东西。测序技术的改进，使得基因组的比较研究成为可能，染色体基因组太大，线粒体DNA较小，易于比较，故而指导年轻教师和研究生从事鸟类线粒体DNA的研究。在此项研究中，改进了对鸭、鹅、鸡线粒体DNA的分离纯化技术，分别绘制了限制酶的酶切图谱，通过克隆技术进行基因定位，从中获得基因组多态性和进化的一些极有启示性的结果。为了在翻译水平上研究基因表达的调节控制机制，建立了mRNA的分离纯化和体外翻译系统，分离到比较纯的鸭肝卵清蛋白和珠蛋白mRNA，并找出其体外翻译的最适条件，为进一步研究奠定了基础。在这些研究中取得一系列创新成果，引起一些国际著名实验室的关注，欧美各地来函索取论文单印本者甚多。

沈同父亲是一位循循善诱的好老师。受父亲熏陶，沈同从小就尊敬师长，喜爱读书，常以父亲为榜样。父亲的藏书，使他得以博览群书，探其精奥，文化底蕴深厚。他以优异成绩毕业于吴江中学、苏州中学、清华大学，并留学美国康奈尔大学，获博士学位，从而学贯中西，具有广博的知识。他在康奈尔大学的学习期间，感受到西方教学许多成功的经验，随即将之融入回国后的教学工作中。例如，康奈尔大学的普通病理学课程以实验为主，每次上课学生得到五、六张病理组织切片的玻片，只有数字标号，没有任何文字说明。学生首先须辨认是什么器官、组织，然后再观察病理情况，下课前教授作理论上的解说。因此，学生学习主动，既感兴趣，也学得踏实。动物生理学课每次上课学生要笔答老师的提问，并公布笔答成绩。这种督促学生学习的方法效果很好，习惯了也就不感到有任何负担。沈同在几十年的教学实践中也都参考了以上这些教学方法。

从1940年参加西南联大教学开始，沈同为教学辛勤工作了半个多世纪。他认为“大学教师的责任重！培养人才，要有知识，有科学技术，更要有实现现代化的理想。”他把教学看成是教师的责任，也是乐事。“教学的乐趣，在于让学生超越自己，这是逻辑的必然，课堂艺术的成效”。他重视教书育人，从不呵斥学生，主张正面引导，对学生总是和蔼可亲，平等讨论问题。课余常有学生到沈同家咨询和讨教，他都热情招待，师生促膝谈心，热烈讨论，学生们都深受他人格魅力的影响和鼓舞。

沈同讲课少而精，富启发性，引导学生主动学习。他常在课堂提出一些问题，用较短时间让学生笔答，回家后仔细看学生的答卷，以此来熟悉每位学生的答题思路，表达方法，甚至写字的特点，因此在和个别同学闲谈时都能够给予具体的指导。课堂讲授前往往先在黑板上写出要点和参考书本的某几页，有时还将重点内容印发给大家。讲课扼要，不细讲，只讲重点和难点，启发同学自学。他常讲：“教师不要照本宣读，重要的是启发同学自学，促进同学自学，养成他们自学的习惯”。在指导本科生和研究生做科研时十分注意学生的特点，对有些学生督促其多动手做实验，对有些学生启发其多思考。常去实验室看学生做实验，每周约定时间和学生一起讨论，常能帮助学生抓住实验中忽略的问题。有一次，一位学生进行生化测定，得出一堆杂七杂八的数据，该学生失去了信心，想重新再做，沈同严肃的说：“科学就是要从杂乱无章的现象中找出规律”，并帮助学生用一个多星期时间整理数据，终于找出一些有规律的结果。

在西南联大和清华大学，沈同培养了一批生理生化人才。院系调整后，他在北京大学与同仁一起创立了生物化学专门化。其后创立了我国综合大学第一个生物化学专业，并成为国家第一批认定的生物化学硕士点和博士点。沈同是我国早期从事生物化学教学和科学研究的教育家和科学家，不愧为一代师表。他曾先后到广州中山大学、甘肃兰州大学、安徽合肥讲学，多次为我国生物化学人才的培养拟定规划，制订生物化学专业教学计划。沈同主持编写了高等学校教材《生物化学》，第一版于1987年获教委高校优秀教材一等奖，第二版于1997年获教育部科技进步（教材）二等奖，生物化学界师生反映该书影响了整整一代人。