浙江吴兴（今湖州德清人），出身世家，玄宗开元末年被选入东宫为宫女。时肃宗李亨为皇太子，赐沈氏予广平王李豫（李亨长子，亦即日后的代宗）。沈氏美貌如花，又贤淑纯良，故而深得李豫宠爱，于天宝元年（742年）为李豫生下长子李适（即日后的德宗）。
天宝十五年（756年），安禄山叛唐后进逼长安，玄宗带着杨贵妃及诸皇子皇孙仓皇出逃，李亨李豫李适自然都在其中，而诸皇子皇孙的妃妾及一大群皇亲国戚却被遗下未及逃走，被叛军俘获，从西京长安劫掠到东都洛阳，其中就有沈氏。
李亨在灵武称帝后，封长子李豫为天下兵马大元帅。至德二年（757年），李豫收复东都，在掖庭中找到了已被关押一年多的沈氏。乾元元年（758年），李豫被立为皇太子，但并没有明确沈氏的名分，也没有把她迎回长安，而是一直住在洛阳宫中。乾元二年（759年），史思明再次攻陷洛阳，沈氏从此失踪。
李豫即位后，于广德二年（764年）立长子李适为皇太子，同时下诏寻找沈氏。虽派人到处寻访，十余年却始终一无所获。其间经常有人声称自己是沈氏，比如有个尼姑就曾谎称是太子之母，但后来都发现是冒名顶替。大业十四年（779年）代宗驾崩，太子李适即位，于次年建中元年（780年）遥尊生母沈氏为“睿贞皇太后”，在含元殿具册`立牌`上皇后朝服，李适亲奉册伏拜痛哭不止，左右群臣皆泣。
为了寻找生母，德宗李适采纳了中书舍人高参的建议，任命睦王李述为奉迎使，沈氏族人四人为判官，派使多人分行天下，四处寻访，多方查找，同时对沈氏家族大加封赠，以期母子团聚。
建中二年（781年），消息传来，沈太后在洛阳找到了，长安城中一片喜悦。然而，很快就证实所谓的“沈太后”只是高力士的一位养女，因为年纪相貌酷似沈氏并与之在宫中有所接触，诱于名利而行冒充之举。德宗左右都很气愤，纷纷请求对之治罪，而思母心切的德宗不但不予治罪，还对身边的人说：“只要能找到真正的生母，我受一百次骗也没关系。”从此之后，冒名者越来越多，然而，终德宗一生，也未能找到真正的沈太后。
德宗在位26年而崩，长子顺宗即位并于七月后驾崩，由其长子宪宗即位。此时，寻访沈氏的工作已经进行了几十年，仍无音讯，有司建议予以停止，同时发诏，在肃章内殿为沈氏发丧，上太皇太后号，建衣冠冢于代宗陵并立神位于代宗庙。
总观沈后一生，命运多艰，屡遭离乱，结局更是千古之谜，故而小说家多有臆造之举，更有许多地方的尼庵留下了沈后在此出家的传说，颇具传奇色彩。
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