试第八十一名，殿试一甲第一名进士。懋学少有才名，与梅鼎祚齐名。张居正知道汤显祖及沈懋学是当时名士，希望自己的儿子张嗣修跟他们往来，汤显祖拒绝，沈懋学则与张嗣修于万历五年（1577年）同榜登科，懋学为一甲第一名进士（状元），嗣修则为第二名（榜眼）。授翰林院修撰。引疾归。居数年卒。安宗时，追谥文节。《明史》有传。
着作.有《颊居遗稿》十卷。
家族.曾祖沈谦；祖父沈璞，赠文林郎知县；父沈宠，号古林，曾任监察御史、湖广布政司左参议。母崔氏（封孺人）；继母葛氏。