早年从冯君木学古典诗文，从吴昌硕习书法、篆刻。后又与著名学者朱疆村、况蕙风、章太炎、马一浮等交往，受益良多。曾就读于慈溪锦堂学校，毕业于浙东第四师范学校。曾为浙江大学中文系教授，1963年起在浙江美术学院兼课，1979年起为书法、篆刻专业研究生导师。历任浙江省文物管理委员会常务委员、浙江省博物馆名誉馆长、中国书法家协会副主席、浙江省书法家协会主席、西泠印社社长、西泠书画院院长、浙江考古学会名誉会长等职。其书法远宗汉魏，近取宋明，于钟繇、王羲之、欧阳询、颜真卿、苏轼、黄庭坚诸家，用力最勤，且能化古融今，形成自己"雄强"书风。兼擅篆、隶、行、草、楷诸书，所作榜书大字，雄浑刚健，气势磅礴，堪称旷世罕见。沙氏学问渊博，识见高明，于语言文字、文史、考古、书法、篆刻等均深有研究。主要著作有《印学史》、《沙孟海书法集》、《沙孟海真行草书集》、《兰沙馆印式》、《中国书法史图录》、《沙孟海论书文集》等。并主编《中国新文艺大系·书法卷》等。沙孟海是中国当代书坛巨擘，现代高等书法教育的先驱之一。