沈善炯1917年4月出生于江苏吴江县一个并不殷实的农民家庭，父母秉承“耕读传家”之训，竭尽全力供他上学。当时国难深重，农村凋敝，苦难的童年生活使他深感要重振家园，回报乡亲，就得刻苦学习，做一个有用之人。为了求学，沈善炯辞别家人，拿着拼凑起来的90元钱开始颠沛流离的生活，直到1939年9月转学到了位于云南昆明的西南联合大学生物系。在西南联大，他有幸受到恩师张景钺先生教诲，并被推荐赴美国加州理工学院学习。临行前，老师嘱咐他：“我等待着你，望你学成回来”。

“学成回来”仅仅四个字，但有千钧之重，沈善炯始终铭记在心。在异国留学的日子里，沈善炯的第二位恩师诺曼·哈洛威士教授也时常提醒他：“沈，中国需要你”！童年时的梦，老师的教诲，使他领悟了“科学无国界，但科学家有其祖国”的真谛，也成为他矢志求知，希望能早日报效祖国的初心和源泉。1950年6月，他顺利通过加州理工学院的论文答辩，获得博士学位。“如果说西南联大教我怎么做人，那么加州理工则教我如何做科学。”50多年后，沈善炯回忆说。

毕业后，导师哈洛威士推荐沈善炯去两个地方做博士后研究员。更早一些时，他的副修导师栽克密艾斯脱教授也曾邀请他去自己的实验室工作，并说自己可以设法接他的妻子和孩子来美国。

此时，中国内地批判摩尔根学派、真正的遗传学难以生存的消息已传到美国。沈善炯深知，一旦回国他将不再能从事深爱的遗传学研究，但还是决定放弃在美的工作机会。1950年8月31日，与100多位留学美国学子一道，沈善炯登上从洛杉矶开往香港的“威尔逊总统号”轮船，驶向日思夜想的祖国。但令他万万想不到的是，9月12日当轮船经过日本横滨时，他和核物理学家赵忠尧、空气动力学家罗时钧竟遭到美国中央情报局的无理扣留，被投入位于东京下野的巢鸭监狱。

被关押的第三天，就有台湾驻日本的国民党官员来看他们，并说只要他们考虑去台湾或者回美国工作，就可以营救他们出狱。他们三人异口同声地回答：“我们的家人在内地等着我们回去，我们决心回内地，没有其他的想法”。

9月22日，“威尔逊总统号”上的乘客到达广州，把沈善炯等被扣押的消息传了出去。《人民日报》对此作了报道，中国的一些社团立即进行了包括致电联合国大会、美国总统、世界科学工作者协会等在内的声势浩大的营救活动，参与签名活动的科技工作者多达数千人。可这一切沈善炯等都不知道。他们给外界写信，还致信要求美国中央情报局通过法律程序来判明关押他们的理由，但那些信函交上去后石沉海底，杳无音信。他们不知道“麦卡锡主义”会肆虐到什么程度，自己还将得到何种不公正处置，每天在监狱里度日如年。

那些营救活动起了作用。10月31日他们被带出监狱，移交给国民党驻日代表团。国民党官员仍劝他们去台湾，并拿出一份台湾大学校长傅斯年邀请他们三人任台湾大学教授的电报；他们还让沈善炯等将眷属的地址告诉他们，称自己可以设法接她们去台湾。沈善炯等断然拒绝。11月17日，他们终于乘船离开横滨，并于当月21日回到内地。

1980年，沈善炯当选为中国科学院院士。他将一生的心血都奉献给了祖国的科学事业。沈善炯在美国上学时的老师和同学都有获得诺贝尔奖，而学业优秀的他却选择回国。也曾有人问他此生是否有遗憾，沈善炯说：“我的老师和同学都有得诺贝尔奖的，我向来好强，在那念书时可并不比其他同学逊色。”然而他接下来的话却更震撼人心：“但是，论起对中国的贡献，这些跟回到自己的国土去建立实验室、培养学生，使科学在自己的国土开花、结果，还是不能相比的。”