沈志勋是美国物理学会会士（2002年）、美国国家科学院院士（2015年）、美国文理科学院院士（2017年）、中国科学院外籍院士（2017年）。他于2000年获超导实验物理卡梅琳·昂尼斯奖（Kamerlingh Onnes Prize），2009年获美国能源部颁发的，2011年又获美国物理学会颁发的。