沈士衡是陕州司马、德州刺史，祖父沈介福是尚书司封员外郎、试任长安县令，父亲沈易直是秘书监。另有兄长沈震，在唐代宗时期为秘书少监。因伯父沈易从及其他家族成员安葬于洛阳，故认为其家族定居于此。
生平.开元末沈氏以良家子的身份选入太子李亨（即唐肃宗）宫中。沈氏受选后被李亨赐予儿子李俶（时为广平王，即唐代宗）。天宝元年（742年），沈氏生下李俶的长子李适（即唐德宗）。755年爆发安史之乱，丈夫李俶随祖父唐玄宗、父亲李亨逃出长安。与其他未来得及出逃的亲王、王妃、公主一样，沈氏落于安禄山政