1997年，沙溢考取 中国人民解放军艺术学院 戏剧系，开始学习表演 ^。

2001年，毕业后进入 空军政治部话剧团 。

2000年，沙溢参演了 张子恩 指导的古装情景电视剧《 上错花轿嫁对郎 》在剧中饰演从一个心直口快有勇无谋的荆州军营里的军中校尉慢慢的成为了当朝驸马爷沙平威 ^{，与涓子饰演一对夫妻。}

2002年，沙溢参演了 尚敬 导演的军旅题材情景喜剧《 炊事班的故事 》，以活泼明快的表演让观众记住了他的角色 “ 帅胡 ”。并凭借着此片获得了获得第15届 “ 金星奖 ”最佳男演员奖。2002年到2005年期间继续和 姚晨 、 喻恩泰 、 闫妮 合作，参演由 尚敬 执导， 宁财神 编剧的《 都市男女 》、《 健康快车 》等情景喜剧。

2005年，和 尚敬 导演合作，拍摄了宁财神编剧的古装喜剧《 武林外传 》，出演男一号 白展堂 。 ^{沙溢也凭借着剧中帅气而又幽默的白展堂而让观众们熟知，使“白展堂”也成为深入人心的经典角色。}

2008年，沙溢出演由 高希希 执导的电视剧《 甜蜜蜜 》，在剧中他扮演内敛稳重的韩阳。这个对爱情执着的好男人赢得了众多观众的支持，对沙溢的这次形象巨大的反差表演给予了肯定。

2010年，沙溢首次在《 青盲 》出演一个颇显外表斯文、内心复杂残忍的反派角色 徐行良 。由于入戏太深，沙溢坦言自己拍摄完《 青盲 》后好长一段时间变得易怒。电视剧播出后，观众对徐行良的痛恨，也说明了观众对沙溢的反派形象的塑造能力表示认可。

2010年，电影版《 武林外传 》开拍，原班演员人马联袂出演，沙溢在影片中首次尝试高难度动作戏。在电影开拍前沙溢开始积极健身，每天抽空上健身课为打戏做足准备。 ^{电影版的 白展堂 ，少了几分年轻时的潇洒倜傥诙谐幽默，多了几分成熟男人面对婚姻面对家庭应有的深沉与担当。影片上映之后，票房7180万元首周夺冠。 《 武林外传 》投资不到2000万，其全国票房突破2亿，该片成为2011年春节档中国电影市场上最赚钱的电影 ；5月，参演电视剧《 三国 》开播，饰演孙策。}

2011年，沙溢在《 血战长空 》中饰演空军青年军官刘长岭，这一角色依据空战英雄原型改编而来，不仅有着浓烈的传奇色彩，更以满腔爱国之情令人折服。 ^{为了更真实的还原历史，沙溢不仅在进组前认真查阅历史，更是为了该剧放弃了自己的新婚蜜月期。将一个以生命捍卫国土的骁勇军人，又有着凄美爱情的人物演绎的淋漓尽致，令观众入戏之深以至于在落幕之后久久不能抽离。}

2012年1月22日沙溢在央视春晚的舞台上不仅携妻子 胡可 跨界献唱《 采茶舞曲 》同时还表演了一出小品《荆柯刺秦》。2月6日，沙溢登央视元宵晚会，与李云迪两人进行钢琴与萨克斯合奏版的《 彩云追月 》。同年8月，沙溢在 陆川 导演历史悬疑大片《 王的盛宴 》中饰演 萧何 ，因为萧何的老年妆在脸上贴了厚厚的几层假皮，还有大胡子，所以脸部的肌肉基本上动不了，只能靠用眼神替代表情传递内心戏出去。影片上映之后，有影评人指出，片中沙溢饰演的萧何是全片最大的惊喜，沙溢在影片中演技爆发。沙溢也凭借这一角色获得第十四届 中国电影表演艺术学会奖 ，被赞誉为是一个可以驾驭多种角色的好演员 ^{同年，参演 许鞍华 导演的电影《 黄金时代 》，饰演东北作家 舒群 。}

2014年，沙溢加盟央视即兴喜剧节目《 喜乐街 》，其独特新颖的节目形式，备受社会各界好评。同年4月，沙溢主演 徐纪周 执导的《 秀才遇到兵 》，沙溢饰演的村炮大兵马三炮 ^{。9月，参演 李玉 执导的电影《 万物生长 》饰演“不靠谱”的白老师。11月主演电视剧《 熊爸熊孩子 》，饰演“两耳不闻家务事，一心只做精英男”的熊雄。}

2015年2月18日，参加中央电视台春节联欢晚会表演小品《 喜乐街 》 ^{。在上映的电影《爸爸的假期》中客串出演片场大咖 [108] 。3月5日，沙溢在中央电视台元宵晚会上演唱《 那些花儿 》。 2015年5月，沙溢参演年代传奇励志电视剧《 东方球王 》，出演男一号李耀华，演绎一代球王的传奇一生。 9月，拍摄抗战题材电视剧《 政委 》，饰演原东北抗联团长老邱 。10月录制央视真人秀节目《 了不起的挑战 》 。}

2016年1月，沙溢加盟综艺节目《 一路上有你第二季 》 ^{。2月7日参加 中央电视台春节联欢晚会 ，表演开场歌曲《 春到福来 》 。3月，沙溢出演电视剧《 平凡岁月 》，饰演从壮年到暮年的男主角李大宝，与徐梵溪饰演一对夫妻。7月参演电影《 侠盗联盟 》。 9月加盟综艺节目《 喜剧总动员 》《 爸爸去哪儿 》第四季。 10月录制真人秀节目《 我们的挑战 》 （了不起的挑战第二季） 。}

2017年1月19日录制湖南卫视小年夜春晚 ^{。2月11日，在央视元宵晚会表演小品《过河》 。5月，参演民国探案剧《 神探柯晨 》。6月主演科幻都市电影《 回到昨天 》。9月13日，常驻主持的明星美食类脱口秀节目《 穿越吧厨房 2017》在江苏卫视播出 。10月加盟湖南卫视军旅成长励志节目《 奇兵神犬 》 ，同月并与 胡可 参演奇幻爱情喜剧电影《 奇幻民宿 》 。}

2018年1月，沙溢加盟江苏卫视孕期生活真人秀《 我们仨 》 ^{。2月15日，在中央电视台春节联欢晚会表演开场歌舞《万紫千红中国年》 。3月，参演李玉导演的喜剧电影《 阳光不是劫匪 》。10月，加盟汪俊执导的电视剧《 小欢喜 》，饰演乔卫东 。}

2019年2月4日，沙溢参加中央电视台春节联欢晚会演唱歌曲《 点赞新时代 》。2月19日，沙溢在中央电视台元宵晚会上演唱开场歌曲《喜气洋洋闹元宵》和《快乐男子汉》 ^{。8月14日，主演话剧《 革命之路 》开始在北京站演出 。10月3日，沙溢首次转型导演的电影处女作《 亲密旅行 》上映 [39-40] 。}

2020年1月24日，在 2020年中央广播电视总台春节联欢晚会 上与 贾冰 、 秦岚 、 张若昀 、 吴磊 表演小品《 风雪饺子情 》 ^{；4月24日，《 奔跑吧 》第四季正式官宣嘉宾阵容，沙溢将作为新成员加盟“兄弟团”固定阵容 ；6月18日，爱奇艺全新饮食观察节目《未知的餐桌》正式上线，该节目由沙溢、岳云鹏每期分别带领一位飞行饭友在晚饭时段，寻找愿意开门并允许他们共享晚餐、分享故事的家庭 ；9月19日晚8点，参与的好奇主题晚会《 百度好奇夜 》在百度App、爱奇艺、浙江卫视等八大平台直播 ；9月28日，参演陈凯歌执导微电影《淑贞》上线 ；10月1日晚，参加 2020年中央广播电视总台中秋晚会 ，与胡可演唱歌曲《爱的箴言》 [45-46] 。11月23日，《奔跑吧·黄河篇》正式公布嘉宾阵容，跑男团沙溢等悉数到齐。 12月31日，参加浙江卫视抖音《“美好有你”浙江卫视2020-2021跨年晚会》 。}

2021年2月12日，与 宋小宝 、 马丽 、 张一山 领衔主演的喜剧电影《 发财日记 》在腾讯视频、爱奇艺、优酷同步上线，在片中饰演二哥 ^{；2月26日，参加《 2021年中央广播电视总台元宵晚会 》，与杜江、汤俊演唱歌曲《老了兄弟》 [102] ； 4月23日，担任固定嘉宾的户外竞技真人秀《 奔跑吧第五季 》开播 [105-106] ；4月30日，主演的谍战题材电影《 悬崖之上 》定档上 映 [103] ；5月1日，特别出演的奇幻电影《 阳光劫匪 》全国公映；5月28日，以萌探家族·兄弟团成员常驻的综艺《 萌探探探案 》播出 [109] ；7月13日，与 张嘉益 、 刘敏涛 合作主演的都市家庭剧《 对你的爱很美 》开播，在剧中饰演柯雷 [110] ；10月1日，参演的电影《 我和我的父辈 》上映，并在该片《鸭先知》单元中饰演买酒丈夫 [111] ；10月22日，担任固定嘉宾的浙江卫视户外竞技真人秀《 奔跑吧·黄河篇第二季 》开播 [113] ；12月31日，参加浙江卫视跨年晚会。 [116]}

2022年1月9日，与 李庚希 、 胡军 主演的体育竞技剧《 超越 》在央视一套播出，在剧中饰演郑凯新 ^[114] [117] 。

2022年1月21日，参加2022年中央广播电视台春节联欢晚会彩排。 ^[120] 1月，参加2022年北京广播电视台春节联欢晚会的录制。 ^[121] 1月31日，参加《 2022年中央广播电视总台春节联欢晚会 》与 贾冰 、 包贝尔 、 任梓慧 、余钦南、闫强表演小品《 发红包 》 ^[122] 。2月1日，参加北京广播电视台春节联欢晚会，表演小品《甜蜜的烦恼》。 ^[123] 3月4日，参加的暖情互动挑战类棚内综艺节目《王牌对王牌 第七季》播出 ^[129] 。

2022年3月，参加了《奔跑吧》第十季。 ^[124] 4月6日，参加的青年社交观察恋爱治愈系综艺《喜欢你我也是 第三季》播出 ^[138] ； 5月13日，参加的《奔跑吧》第十季将在浙江卫视播出。 ^[127] 5月22日，参加的情景喜剧IP孵化真人秀《开播！情景喜剧》播出 ^[133] ；8月，参加央视节目《 古韵新声 》。 ^[131] 8月，参加《勇往直前的萌哥探姐》 ^[132] ；9月6日，沙溢加盟浙江卫视综艺《我们的客栈》 ^[134] 。9月，参与录制《奔跑吧特别季》 ^[135] ；9月11日，参与CCTV-1古韵新声中秋节目，演唱歌曲《望江观潮》。 ^[136-137] 11月，加盟综艺《 我们的客栈 》 ^[142] ；12月16日，参加央视综艺节目《 一馔千年 》 ^[146] 。12月31日，参加《 2022-2023浙江卫视美好跨年夜 》表演《陪你度过漫长岁月 》。 ^[147] [150]

2023年1月6日，参加的《我们的客栈》浙江卫视播出 ^[153] ；1月21日，参加《 2023年中央广播电视总台春节联欢晚会 》，表演开场节目《花开种花家》 ^[155] ；1月22日，领衔主演的电影《 流浪地球2 》上映 ^[145] ；1月22日，特别出演的电影《 交换人生 》上映 ^[149] [152] 。1月4日，综艺节目《 我们的客栈 》发布海报，沙溢作为“客栈兄弟合伙人”加盟节目 ^[154] ；3月22日，加盟浙江卫视《奔跑吧第十一 季》 ^[157] 。6月18日，特邀出演的电视剧《 长风渡 》播出。 ^[159]