沈梦辰的家乡位于湖南省湘西土家族苗族自治州的吉首市。2004年，她首次在公众视野中亮相，参与了电视艺术金鹰节的相关活动。次年，她进一步挑战自我，报名参加了新丝路模特大赛，积累了宝贵的舞台经验；随后，她作为湘西歌舞团的代表，远赴澳门进行文化交流，演出了一支富有民族特色的舞蹈《扎花女》。2006年，沈梦辰通过努力考入湖南大学，就读于表演系本科专业，开始了系统的艺术学习。2007年，她代表湖南大学登上更广阔的舞台，参加了中央电视台举办的一项知名活动《高校版挑战主持人》。2008年，她在湖南娱乐频道主办的“年度星姐选举”总决赛中表现出色，一举荣获“最佳上镜奖”与“健康体态奖”两个重要奖项。在大学三年级期间，沈梦辰展现了她的创业勇气，将自己积攒的全部三万元资金投入其中，在长沙CBD的财富中心开设了一家私房菜馆。然而，由于初次创业缺乏足够的商业经验，在店铺选址上出现了失误，加之运营中遭遇现金流断裂的困境，这家菜馆仅仅维持了半年左右的经营便不得不关门歇业。
在2010年，沈梦辰开启了她在湖南娱乐频道的职业主持生涯，首先担任了综艺时尚类节目《好女人》的主持人；此后不久，她便与知名主持人汪涵携手合作，共同主持了频道内的盘点类节目《潇湘风尚大典》，展现了其稳健的台风采；同年，她还获邀担任湖南卫视大型大众歌手原创偶像选秀节目《快乐男声》全国300强突围赛的主持工作，在激烈的竞赛环节中从容把控现场节奏。进入2011年，她继续在湖南娱乐频道活跃，主持了面向广大观众的大众娱乐节目《百姓春晚》。2012年，她的主持舞台拓展至湖南卫视，主持了充满趣味的体育竞技节目《快乐向前冲之全力以赴》。2013年，沈梦辰在湖南卫视重磅推出的歌唱真人秀节目《我是歌手第一季》中担任了歌手林志炫的经纪人角色，不仅负责幕后协调，更在第一季决赛的帮帮唱环节中登台，为林志炫与萧敬腾共同演绎的歌曲《Easy lover》献上了精彩的伴舞表演；同年6月16日，她与李锐、张大大、田源一同参与了中央电视台综合频道的经典正大综艺节目《正大综艺·墙来啦》，作为红队成员表现出色并最终赢得胜利；随后，她还临时代班主持了湖南卫视的知名访谈节目《我的中国梦》之《黄磊的中国梦》，进一步积累了访谈类节目的经验；7月，她将主持阵地延伸至黑龙江卫视，担任了游戏闯关类节目《幸运电梯》的主持人；8月，她受邀参加中央电视台综艺频道的益智游戏类综艺节目《开门大吉》，并以嘉宾主持人的身份参与节目录制；10月，她参与了深圳卫视制作的全明星代际互动综艺秀节目《年代秀》的全程录制；也是在这一年，沈梦辰首次涉足影视领域，与俞灏明、潘时七合作出演了都市爱情剧《把爱带回家》，在剧中生动诠释了出身平民家庭、命运曲折起伏的角色金元满。2014年，她主演了由胡储玺执导的爱情喜剧《这个大叔不太囧》，饰演一位自身条件优异却始终未能寻得合适伴侣的现代女性周美娜；同年7月，她主演了风格独特的综艺古装剧《花样江湖》，成功塑造了集嚣张、蛮霸、花痴与呆萌特质于一身的女首领“梦爷”形象；此外，她还与贾青、张晓龙合作，出演了都市言情剧《妻子的谎言》，在剧中饰演了江一斌的妹妹江一姗一角。2015年，沈梦辰回归主持台，担任了湖南卫视歌唱真人秀节目《我是歌手2015巅峰会》的主持人；5月，她出演了浪漫偶像剧《我的奇妙男友》，饰演女主角田净植的贴心闺蜜张萱萱；8月，她与歌手赵泳鑫搭档，共同推出了个人首支歌曲《超想见你》，尝试了音乐领域的探索；10月，她客串出演了由李佳航、李晟主演的都市爱情喜剧《新婚公寓》；同年，她还参演了由刘欣翰执导的都市爱情剧《识色，幸也》。2016年，她参与了湖南经视制作的古代冷知识科普节目《史料不及》的录制；10月，她与杨幂、佟丽娅、张蓝心等艺人一同参加了湖南卫视推出的国防教育特别节目《真正男子汉第二季》的录制，该节目播出后获得了全国同时段收视率第一的佳绩。2017年，沈梦辰担任了湖南卫视原创交友谈话类节目《为你而来》的主持人；2月，她参加了中央电视台少儿频道原创动画益智挑战类少儿节目《零零大冒险第一季》的录制；随后，她与马可、戚薇合作，出演了古装武侠剧《新龙门客栈》，在剧中饰演了性格善良、行事仗义的女侠邱莫言；同年，她还以音乐合伙人的身份，参与了湖南卫视歌唱真人秀节目《歌手2017》中狮子合唱团的相关环节。2019年10月11日，她加盟了国内首档导演选角真人秀《演员请就位第一季》的录制，并在节目中表演了经典剧集片段《悲伤逆流成河》。同年11月，她又在职场真人秀《出发吧！从T-HOUSE开始》中担任了导师嘉宾，以其在演艺行业的经验为参与者提供指导。
2020年3月，沈梦辰作为嘉宾参与了由腾讯视频制作的导演选角真人秀节目《演员请就位第二季》的录制工作。同年6月12日，她加盟的芒果TV选拔类综艺《乘风破浪的姐姐第一季》正式上线播出；随后在7月13日，于《乘风破浪的姐姐第一季》第五期的第二次公演舞台后的加更节目中，因赛制淘汰而暂时离开了节目舞台。8月15日，她获得机会重返赛场，参与了《乘风破浪的姐姐第一季》的复活挑战环节。此外在7月，她还参演了以脱贫攻坚为主题的电视剧《江山如此多娇》，在剧中生动饰演了碗米溪村的村民喜妹这一角色。8月21日，《乘风破浪的姐姐第一季》迎来了第五次公演的三团排位战，经过两轮激烈角逐，朱婧汐、金莎与沈梦辰均未能复活成功。10月23日，她亮相湖南卫视推出的全民音乐综艺互动秀《嗨唱转起来第二季》；之后又参加了脱口秀类综艺节目《火星情报局第五季》的录制。11月10日，她担任了湖南卫视大型晚会《拼多多1111超拼夜》的主持工作。 进入2021年，1月29日，由她参与的湖南卫视明星创意模仿综艺《百变大咖秀第六季》正式播出。2月26日，她登上《2021湖南卫视元宵喜乐会》的舞台，并表演了节目《喜乐连线》。6月12日，她再度现身综艺节目《象牙山爱逗团》。而在3月23日，她已参与了芒果TV自制的全国首档全女性脱口秀挑战节目《听姐说》的录制。同年4月，她确认将出演《让生活好看第二季》。8月12日，她主持了芒果TV制作的全景音乐竞演综艺《披荆斩棘的哥哥》。9月10日，她投入了优酷平台独播的新综艺《拳力以赴的我们》的录制工作。10月29日，她参加的湖南卫视聚焦乡村振兴、展现幸福面貌的综艺节目《云上的小店》如期播出。12月31日，由她主持的湖南卫视重磅推出的《2021-2022湖南卫视跨年晚会》成功播出；此后，她又加盟了一档聚焦女性话题的创新综艺情境秀《姐妹俱乐部》，继续活跃在荧屏之上。
在2022年1月30日，沈梦辰于湖南卫视担任了《2022知乎答案奇遇夜》的主持工作；随后在2月1日，她参与了《“四海同春”2022全球华侨华人春节大联欢》的节目录制；紧接着在2月15日，她又亮相于湖南卫视推出的元宵晚会《湖南卫视元宵喜乐会》；到了4月16日，她参加了由湖南卫视王恬工作室制作的《中国婚礼——我的女儿出嫁了》；6月23日，她主持了湖南卫视的美食节目《湖南好有味》；8月期间，她加盟了综艺节目《天天向上》；10月14日，她不仅参与了《这十年·追光之夜》，还在其中表演了《你好！新模样》；10月29日，她参加的《飞驰吧少年》正式播出；11月，她先后出席了第14届中国金鹰电视艺术节开幕式暨文艺晚会，以及真人秀节目《我在你的未来吗》；11月19日，她参加了首届湖南旅游发展大会开幕式暨文化旅游推介会；12月31日，她与何炅、汪涵等知名主持人共同主持了《2022-2023湖南卫视跨年晚会》，并在节目中和范世錡合作呈现了数字人虚拟动捕互动秀《制造浪漫》。进入2023年，2月5日她主持了《2023湖南卫视芒果TV元宵喜乐会》；3月3日，她主持的节目《我想和你唱第四季》播出；3月26日，她参加了《第十一届中国大学生电视节》的闭幕式活动；4月，她正式加盟《青年派请回答》；5月28日，她参与的湖南卫视与芒果TV联合制作的《528宝宝智趣欢乐汇》播出；6月19日，她参演的节目《中餐厅第七季》在匈牙利首都布达佩斯开始录制；6月25日，她参演的《好样的！国货》开播；11月17日，她参加的真人秀《来者何人》在芒果TV播出；12月31日，她再次主持了节目《2023-2024湖南卫视芒果TV跨年晚会》。2024年1月26日，她参与主持的音乐综艺节目《我想和你唱第五季》开播；2月3日，她主持了《2024湖南卫视芒果TV春节联欢晚会》；2月24日，她主持的节目《2024湖南卫视芒果TV元宵喜乐会》播出，并与何炅、杨迪、肉食动物共同表演了小品《超幸福床垫》；同年，她还担任了《歌手2024》的互动主持人；7月13日，她加盟的《2024青春芒果夜》播出；9月8日，她参与主持的综艺节目《酸甜之夜》播出；9月21日，她担任了第三届湖南旅游发展大会开幕式暨文化旅游推介会的主持人；9月24日，她主持了第三届湖南旅发大会开幕式；11月10日，她参加了《双11疯狂好六夜》，并加入嗨六队；11月12日，她主持了《2025芒果生态扩圈大会》；12月31日，她主持了节目《2024-2025湖南卫视芒果TV跨年晚会》。2025年1月7日，她友情出演的电视剧《国色芳华》播出；1月23日，她主持了《2025湖南卫视芒果TV春节联欢晚会》；2月12日，她主持了《2025湖南卫视芒果TV元宵喜乐会》，并在其中表演了节目《超幸福喷雾》；2月17日，她特邀出演的电视剧《180天重启计划》播出；5月，她主持了综艺节目《歌手2025》；5月14日，她参加的综艺《哈哈没烦恼》播出；5月25日，她担任了第四届湖南旅游发展大会的主持人；6月10日，她参加的综艺《姐妹不打烊》播出；6月17日19:30，她主持的《2025京东618开心夜》在湖南卫视和芒果TV同步播出；6月28日，她参加的节目《你好时光》播出；6月30日，她参演的电视剧《锦绣芳华》播出；8月3日，她参演的综艺《衣锦天下》播出；8月23日，官方宣布她将担任第五届湖南旅游发展大会的主持人；8月26日，她主持了《2025青春芒果夜》；9月13日，她参加了《你好时光再见音乐会》，并演唱了歌曲《快乐指南》；9月24日，她参加的《开始跳舞吧第三季》播出；10月6日，她主持了《2025湖南卫视中秋之夜》；11月10日，她参加了《2025天猫双11疯狂好六夜》；11月21日，她参加的节目《声生不息·华流季》播出；11月29日，她参加的节目《老板是新人》播出。2026年2月11日，她主持了《2026湖南卫视芒果TV春节联欢晚会》。
二零零八年，沈梦辰通过参与湖南娱乐频道所举办的“星姐选举”活动而崭露头角，并由此进入演艺圈，此后她与杜海涛在同一平台工作，逐渐成为关系密切的同事。两人的恋情于二零一五年三月二十九日正式进入公众视野，当时一位名为“芒果台女汉子”的网友在社交媒体上公开发文，向杜海涛与沈梦辰送上祝福，从而使得这段感情关系得以公开。到了二零二零年十月，沈梦辰在公开场合透露，她与杜海涛已经开始着手筹备婚礼的相关事宜，显示出两人的关系已步入新的阶段。二零二二年二月十七日，沈梦辰与杜海涛通过官方渠道正式宣布已登记结婚，完成了法律上的婚姻手续。然而在同年的十月，网络上曾一度出现关于两人婚姻出现变故的传言，对此沈梦辰与杜海涛迅速通过晒出彼此亲密的合影照片进行回应，有力地澄清了不实传闻。进入二零二四年，沈梦辰在参与拍摄作品《来者何人》的过程中意外受伤，经诊断其伤势为第四腰椎左侧横突骨折，由于骨头断裂情况较为特殊，无法通过常规手段进行复位，需要进一步的医疗观察与康复。一直以来，沈梦辰与杜海涛的感情生活都备受外界关注。
在2019年，有网友注意到沈梦辰在某知名二手交易平台上挂出了自己曾经穿过的鞋子，并在商品描述中标注了“沈梦辰原味”的字样。这一行为迅速在网络上传播开来，使得“沈梦辰二手鞋标沈梦辰原味”成为热门搜索话题，并引发了公众的广泛讨论与争议。面对不断发酵的舆论，沈梦辰于同年5月27日通过个人微博账号公开发文道歉，她在文中强调所售卖的鞋子确实属于本人所有，并恳请大家不要对此进行过度的解读与猜测。然而，这条道歉微博发布后不久便被删除，具体原因并未对外说明。时间来到2024年10月17日，沈梦辰在另一场网络直播活动中再次成为焦点，当时她在一场观看人数高达四十万的直播中，以模仿和调侃的方式提及了黄晓明的新女友叶珂，并现场重现了叶珂此前备受关注的吃蛋糕场景，随后更是笑得前仰后合，这一举动又一次在观众和网友间引起了不小的反响与议论。
沈梦辰最初在湖南地方频道的选美活动中崭露头角，随后在戏份虽不繁重却颇为关键的“芒果经纪人”角色中，凭借其出众的外形条件以及独特的个人魅力——包括率真活泼又不失调皮的性格——迅速赢得了广大观众的关注与喜爱。她在《我是歌手》中进一步展现了自身内秀的气质，表现出了令人印象深刻的机敏反应、聪慧头脑与得体举止。通过连续参与三季的经纪人工作，她以实际行动证明了自己的成功并非偶然，而是源于其善于观察、体察入微的能力，总能敏锐捕捉并迅速触发嘉宾的兴奋点，从而圆满达成节目中所承担的功能与效果。此外，沈梦辰还具备极强的亲和力与丰富的幽默感，这构成了她观众缘中最珍贵的一部分特质。她爱笑爱闹，性格耿直率真，在事业上始终展现出奋勇拼搏的“女汉子”精神。在《真正男子汉》第二季的参与过程中，沈梦辰所呈现出的多样才华与那种不愿轻易服输的坚韧劲头，更是让观众得以窥见她平日不为人知的鲜活面貌。作为飞行中队的一员，她在节目中表现抢眼、成绩出众，无疑成为飞行员名额的有力竞争者。凭借良好的身体素质，沈梦辰在女兵的综合考评中一直保持领先地位，而她真实自然、敢说敢做的行事作风，也为此收获了众多观众的由衷赞赏与持续支持。