后汉乾祐元年（948），白文珂以“使相”任永兴军（陕州，今三门峡市西）节度使，沈义伦投白文珂幕下，开始了节府幕僚生涯。后周显德三年（956），赵匡胤初领匡国军（同州，今陕西大荔）节度使，经宣徽使昝居润推荐，几乎与赵普同时投入赵匡胤幕府，沈义伦任从事，掌管财政。

　　宋朝建立，沈义伦在以“佐命功”升迁的赵匡胤霸府幕僚中，名列第四。自归德军（宋州，今商丘南）观察推官升为户部郎中。沈义伦较关心民间疾苦，次年出使吴越时，途中见到淮南扬州、泗州（今盱眙西北）发生饥荒，饥民饿死不少，在他归朝后的力请下，宋太祖下诏淮南地方进行赈济。建隆三年十一月，升给事中。乾德元年（963）改任陕西转运使。乾德二年十一月，宋军进攻后蜀，沈义伦改任随军转运使。次年正月，宋灭后蜀，宋军将帅恃功贪暴，只有都监曹彬、转运使沈义伦清廉，曹彬归朝后，“唯荐义伦可任”。乾德五年八月，沈义伦升为户部侍郎、枢密副使。开宝二年（969）二月，宋太祖亲征北汉，以皇弟赵光义为东京留守，沈义伦为大内都部署、判留司三司事，负责皇宫安全和处理朝廷日常财政事务。沈义伦言行谨小慎微，当新贵们纷纷营造宏丽的新居，他的住房虽卑陋但不进行修缮。开宝六年五月，宋太祖派官督工按设计图为他营造新居时，他还是要求建造较狭小的房屋。同年八月，连任十年宰相的赵普，因跋扈擅权被罢相出为节度使。九月，枢密副使沈义伦与参知政事薛居正同日升为宰相，沈义伦是赵匡胤霸府幕僚中继赵普之后第二个升任宰相。开宝九年（976）十月，赵光义（太宗）夺位后，沈义伦避宋太宗名讳，改名沈伦。仍任次相。太平兴国四年二月，宋太宗亲征北汉及随后攻辽，百官从征，次相沈伦任东京留守兼判开封府事，全权负责留守事务。太平兴国六年六月，首相薛居正死，沈伦升为首相。同年九月，赵普因编造“金匮之盟”被宋太宗任为首相，沈伦再次充任次相，一场迫害皇弟秦王赵廷美的活动在赵普的主持下紧张进行。次年初，沈伦开始生病，也许是他觉察到一场政治风暴即将来临，以病告假静观发展，“清介醇谨”的沈伦既无力阻止，也不愿参与迫害秦王赵廷美、次相卢多逊，更不想被卷入其中而受牵连，在赵廷美勾结卢多逊谋反罪名将要成立之前，沈伦“已上表求致仕”。但同年四月，沈伦仍以不能觉察卢多逊罪行而被罢相。沈伦再次上表请求致仕，同年七月，以左仆射致任。雍熙四年（987）病死，终年79岁，谥恭惠。

　　《宋史·列传第二十三》论曰：沈伦使吴越还，请以扬、泗军储百万余斛贷饥民，朝论难之。伦曰：“国家以廪粟济民，自当召和气，致丰稔，岂复有水旱？”得请乃已。伦清介醇谨，车驾每出，多令居守。好释氏，信因果。尝盛夏坐室中，恣蚊蚋噆其肤，童子秉箑至，辄叱之，冀以徼福。在相位日，值岁饥，乡人假粟者皆与之，殆至千斛，岁余尽焚其券。

　　后梁开平三年（公元909年），出生。后汉乾祐元年（公元948年），白文珂以“使相”任永兴军节度使，沈义伦投白文珂幕下，开始了节府幕僚生涯。后周显德三年（公元956年），赵匡胤初领匡国军节度使，经宣徽使咎居润推荐，几乎与赵普同时投入赵匡胤幕府，沈义伦任从事，掌管财政。北宋建隆元年（公元960年），大祖登基后，知其廉洁耿直，任为户部郎中。北宋建隆二年（公元961年），出使吴越。北宋建隆三年（公元962年），淮南饥懂，扬、泅诸州多有饿殍。户部郎中沈义伦自吴越归朝，上书太祖，建议将各郡所储百万石军粮贷给饥民，至秋，令交还新粟。反对者认为，假若再遇水旱，饥民将无法还粟，谁能担当这个责任?沈义伦慷慨陈词，认为国家开仓济民，可感召和气，立致事稔，不用忧虑水旱！太祖听从沈义伦的建议，诏淮南道官吏开仓赈饥民。十一月，升给事中。北宋建隆四年（公元963年），春，为陕西转运使。北宋乾德二年（公元964年），宋军进攻后蜀，改任随军转运使。北宋乾德三年（公元965年），正月，宋灭后蜀，宋军将帅恃功贪暴，只有都监曹彬，转运使沈义伦清廉，曹彬归朝后，“唯荐义伦可任”。北宋乾德五年（公元967年），升为户部侍郎、枢密副使。北宋开宝二年（公元969年），二月，宋太祖亲征北汉，以皇弟赵光义为东京留守，沈义伦为大内都部署，判留司三司事，负责皇宫安全和处理朝廷日常财政事物。丁母忧，起复视事。北宋开宝六年（公元973年），五月，宋太祖派官督工按设计图为他营造新居时，他还是要求建造狭小的房屋。八月，连任十年宰相的赵普，因跋扈擅权而罢相出为节度使。九月枢密副使沈义伦与参知政事薛居正同日升为宰相，沈义伦是继赵匡胤霸府幕僚中继赵普之后第二个升任宰相。拜中书侍郎、平章事、集贤殿大学士兼提举荆南、剑南水陆发运事。雩祀西洛，以伦留守东京兼大内都部署。俄召赴行在，令预大礼。北宋开宝九年（公元976年），十月光义即位，沈义伦避宋太宗名讳，改名沈伦。加右仆射兼门下侍郎，监修国史。北宋太平兴国四年（公元979年），二月宋太宗亲征北汉及随后征辽，百官从征，次相沈伦任东京留守兼判开封府事，全权负责留守事物。北宋太平兴国五年（公元980年），史官李昉、扈蒙撰《太祖实录》五十卷，伦为监修以献，赐袭衣、金带。北宋太平兴国六年 （公元981年），六月，首相薛居正死，沈伦升为宰相。九月赵普因编造“金匮之盟”被宋太宗任为首相，沈伦再次充任次相，一场迫害皇弟秦王赵廷美的活动在赵普的主持下紧张进行。北宋太平兴国七年 （公元982年），年初，开始生病，也许是他觉察到一场政治风暴即将来临，以病告假静观发展，“清介醇谨”的沈伦既无力阻止，也不愿参与迫害秦王赵廷美、次相卢多逊，更不想被卷入其中而受牵连，在赵廷美勾结卢多逊谋反罪名将要成立之前，沈伦“已上表求致仕”。但同年四月，沈伦仍以不能觉察卢多逊罪行而被罢相。沈伦再次上表请求致仕，同年七月，以左仆射致仕。北宋雍熙四年（公元987年），病死，终年79岁。