于1976年至1977年担任美国国务院情报和研究局分析员，1977年至1978年又任职于美国国家安全委员会。1979年中华人民共和国与美国建立邦交后，沈大伟作为首批美国留学生前往中国，先后在南开大学、复旦大学学习汉语。1983年至1985年间，他在北京大学国际政治系从事博士研究。沈大伟曾于1987至1988年间担任伍德罗·威尔逊国际学者中心亚洲项目代理主任兼项目副主任。1988年起在伦敦大学亚非学院任教，还曾在那里担任过《中国季刊》编辑。1996年起，他开始出任乔治·华盛顿大学埃略特国际事务学院教授