沙溢出生在吉林长春，父母都是评剧演员，因为经常去学校戏剧社，爱上了表演，从而明确要走上表演这条路。

1997年，沙溢考取中国人民解放军艺术学院戏剧系。

2001年，毕业后进入空军政治部话剧团。

2002年，沙溢参演了尚敬导演的军旅题材情景喜剧《炊事班的故事》亮相荧屏，接着又继续和姚晨，喻恩泰，闫妮合作了尚敬导演宁财神编剧《都市男女》《健康快车》等情景喜剧。

2005年，和尚敬导演合作，出演《武林外传》男一号白展堂，使“白展堂”也成为深入人心的经典角色。

2008年，沙溢出演由高希希执导的电视剧《甜蜜蜜》，在剧中他扮演内敛稳重的韩阳。

2010年，电影版《武林外传》开拍，原班演员人马联袂出演，沙溢在影片中首次尝试高难度动作戏。

2012年，沙溢在陆川导演历史悬疑大片《王的盛宴》中饰演萧何。沙溢也凭借这一角色获得第十四届中国电影表演艺术学会奖，被赞誉为是一个可以驾驭多种角色的好演员。

2014年，同年，沙溢主演徐纪周执导的《秀才遇到兵》，沙溢饰演的村炮大兵马三炮，搞怪耍宝两不误，卖萌搞笑样样在行。