83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、中国政策研究项目主任，并兼布鲁金斯学会外交政策项目高级研究员。此外，沈大伟还是美中关系全国委员会、国际战略研究所、外交关系委员会、美国亚太安全理事会等机构的成员，并担任美国国防部、福特基金会、洛克菲勒基金会、美国新闻署、微软