沈丹出生于一个艺术家庭，他五岁时开始在父母的严格教导下学习
大提琴。中学的时候，他在
武汉音乐学院开始接受正规的音乐教育，并尝试涉及各种乐器。1996年，沈丹参加了由中音公司和日本雅玛哈总部举办的音乐作品大赛，其参赛作品《逃亡》荣获专业组最佳创作全能大奖，并由雅玛哈本部长泽本仁夫授予该奖，同时被授予“中音技术专家”称号。1996年后，他曾为多位知名歌手创作歌曲，包括《青梅竹马》《都已改变》《情似朝露》《我还是我》等，并为电视剧《我想有个家》配乐；1998年，沈丹毕业于武汉音乐学院，后来正式与北京星碟唱片签约。2000年为
谢雨欣打造两首单曲《
新年快乐》、制作“红蓝铅笔”同名专辑，还为
宋祖英、
魏金栋、陈明等制作歌曲；2003年为大型电视剧《
倚天钦差》制作所有音乐。2009年11月，沈丹特招入伍至中国人民解放军空军政治部文工团，任职于空政文工团创作室副团级。
读中学时，沈丹在
武汉音乐学院接受了正规而系统的学习。视音乐如命的他，在此期间学会了多种乐器：
钢琴、
吉他、贝司、鼓、
萨克斯等等。而在此时沈丹也开始尝试作曲，“音乐神童”的称呼在学校不胫而走。但是，出于经济上的考虑以及流行音乐的无穷活力，他放弃了艰难的古典音乐之路，迷上了流行音乐。
1994年，沈丹带着500块钱的积蓄去往北京。当时借住在
中央音乐学院宿舍的沈丹常常拿着吉他奔走于各大
唱片公司展示他的作品。凭着音乐上的深厚功底，沈丹的作品很快便受到了一些唱片公司的青睐，这是沈丹的第一个创作高峰。后来被
何静所演唱的《青梅竹马》、
李锦怡演唱的《把轻松交给我》、
陈琳演唱的《都已改变》等，都是沈丹这期间的作品。期间，沈丹也一直坚持着在
武汉音乐学院的学业。他一遍一遍地往返于北京和武汉，直到完成学业。
1996年加盟北京星碟唱片是沈丹音乐生涯的一个重要转折点。他用尽所有积蓄，买了一台雅玛哈QS300合成器，开始了编曲制作的道路。很快，沈丹的音乐才华得到老板王小京的赏识，在
江珊的第二张专辑《情似朝露》里面，选用了沈丹的4首作品。与星碟公司合约期满之后，沈丹开始了独立音乐人的道路。同年底，沈丹参加了由中音公司和日本雅玛哈总部举办的音乐作品大赛。其参赛作品《逃亡》荣获专业组最佳创作全能大奖，并由雅玛哈本部长泽本仁夫授予该奖，同时被授予“中音技术专家”称号。
2002年10月，沈丹加盟北京鼎天文化传播有限公司，除了担任该公司的艺术总监职务外，还作为创作型歌手签约于鼎天公司。2003年，自从他的首张个人专辑《穿越》发行以来，他渐渐地从幕后走到台前，并因为他的唱片中鲜明的个人特色和音乐气质为人们所熟知。2006年4月，沈丹发布他的第2张专辑《男人·罗布泊》，该专辑采用了国家地杂志概念创意而成的全新音乐大碟。
2013年，沈丹担任
武汉音乐学院首部原创
歌剧《神女》的
音乐创作与音乐制作。2016年11月，沈丹在武汉音乐学院滨江校区学术报告厅带来题为《作曲与制作的综合应用》的学术讲座。讲座期间，沈丹分享了他在编曲中的经验，并播放了几首他编曲中的反例，列举了在编曲中应该避免的错误。2019年，沈丹为围绕“放歌新时代
讴歌新
江苏省”为主题的歌曲《亲亲的大运河》作曲。2021年，沈丹为大型原创音乐剧《红梅花开》歌曲编曲、配器。2022年，沈丹为由
云南省文化和旅游厅、
中国东方演艺集团、
北京保利剧院管理有限公司、
人民网股份有限公司共同出品，教育部教师工作司、
中华全国总工会劳动和经济工作部、中共云南省委宣传部担任指导单位,中国东方演艺集团、
红河哈尼族彝族自治州歌舞团演出的大型原创
音乐剧专业《绽放》作曲。