沈氏，为东汉海昏候沈戎之后，沈氏的先祖即为南梁安陆太守沈勰，因侯景之乱入周，后仕北周为官，官至尚书左仆射。沈氏的高祖即沈勰之子沈琳，为隋水部郎中、大理卿；曾祖沈士衡为陕州司马；堂伯沈从道为《书史会要》记载的唐代书法家，曾任冀州刺史，广平郡太守；父亲为沈易直，生前官至大理正，可谓世代为官，名门望族。以良家子身份被选入宫中，时肃宗李亨为东宫皇太子，将沈氏赐予广平王李豫。
唐代于宫廷外采选良家子为皇子孙妃嫔及宫内女官的补充，被选之人需要按礼聘纳，唐代对良家子的要求祖上为非刑戮之家，也非微寒之族，因此身世良好的世家官宦之女就成了首选对象，按照玄宗朝采选标准，沈氏是个身材高挑，皮肤白皙的女子。
沈氏为15岁的皇长子李豫，生下长子李适，即日后的唐德宗，日后沈氏成为代宗皇帝妃，唐德宗继位后更母凭子贵被遥尊为皇太后，并由唐宪宗追尊为睿真皇后。
安禄山叛唐后进逼长安，唐玄宗带着杨贵妃及诸皇子皇孙皇子妃皇孙妃仓皇出逃，太子李亨等皇子皇孙也在其中，沈氏与部分皇室宗亲则未来得及跟从并落入安史叛军手中，囚于洛阳。根据资质通鉴记载“妃、主、皇孙之在外者，皆委之而去”，沈氏当时可能处于延秋宫门之外，未被及时带走。
李亨在灵武称帝后，封长子李豫为天下兵马大元帅，李豫收复东都洛阳，在东都掖庭中找到了已被叛军关押一年多的沈氏。李豫被立为皇太子，由于复杂的原因以及出于对沈氏安全的考虑未能将其迎回长安，而是一直住在洛阳宫中。史思明再次攻陷洛阳，在此之前李光弼已移牒河南尹李若幽带领官吏民撤离洛阳避难，因此洛阳是一座空城，史书并未记载此时沈氏去向。
李豫即位后，命太子李适为天下兵马元帅，与郭子仪李光弼共同领命收复洛阳，洛阳收复，但沈氏依然没有下落，唐代宗因此下诏寻找沈氏，虽派使者到处寻访，十余年却始终一无所获。曾有寿州崇善寺尼姑广澄诈称沈氏，经过有司检验其实广澄从前的身份是少阳院的乳母。
代宗驾崩，太子李适即位，遥尊生母沈氏为皇太后，举办封册之礼在含元殿，好像皇太后亲自来临，李适亲奉册伏拜痛哭不止，左右群臣皆泣。为了寻找生母，德宗李适采纳了中书舍人高参的建议，任命睦王李述为奉迎使，沈氏族人四人为判官，派使多人分行天下，四处寻访，多方查找，同时对沈氏家族大加封赠，以期母子团聚。
消息传来，沈太后在洛阳找到了，长安城中一片喜悦，唐德宗将其迎入东都上阳宫，派遣宫女百余人，怀着御赐之物到上阳宫供奉“沈太后”。然而，很快就证实所谓的“沈太后”只是高力士的一位养女，因为年纪相貌酷似沈氏，并与之在宫中有所接触，诱于名利而行冒充之举，德宗左右都很气愤，纷纷请求对之治罪，而思母心切的德宗不但不予治罪，还对身边的人说：“只要能找到真正的生母，我受一百次骗也没关系。”从此之后，冒名者越来越多，然而，终德宗一生，也未能找到真正的沈太后。
德宗在位26年而崩，长子顺宗即位并于七月后驾崩，由其长子宪宗即位。此时，寻访沈氏的工作已经进行了几十年，仍无音讯，有司建议予以停止，同时发诏，在肃章内殿为沈氏发丧，上太皇太后号，建衣冠冢于代宗陵并立神位于代宗庙。
沈皇后一生，命运多艰，屡遭离乱，结局更是千古之谜，其与旧唐书中称“宇量弘深，仁孝温恭”的唐代宗的感情问题，与唐代宗妃嫔崔氏、独孤氏的关系也成为后人探索争论的热点。
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