沈殿霞出身自上海煙草商人家庭,在家中9名姊弟中排行第6,乳名毛毛。她曾就讀上海市第三女子中學。
1958年沈殿霞跟父母來到香港定居。1960年,她決心做藝人,卻遭到父親反對。幸好有大慈善家何伯為她調停。最後她被香港邵氏電影公司招聘為電影《一樹桃花千朵紅》的童星,[7]而開始其演藝生涯,曾參與多部國語電影的演出。
1967年,香港無線電視開台,沈殿霞得到蔡和平介紹而加入,開始擔任全世界最「長壽」的綜藝節目《歡樂今宵》的主持工作,1970年代曾與汪明荃、王愛明及張德蘭組成「四朵金花」,在《歡樂今宵》中演出,合唱歌有《世界真細小》等。在鄧光榮的推薦下,在酒吧結識了羅文,並向蔡和平介紹,希望他能夠在《歡樂今宵》表演。後來與羅文在1971年組成「情侶合唱團」,並在馬來西亞、泰國、美國等地登台。後來到新加坡登台時大受歡迎,直到1973年才拆夥。六、七十年代,沈殿霞與張沖、謝賢、陳自強、陳浩、秦祥林、鄧光榮合組「銀色鼠隊」,男生們分別互稱為一哥~六哥,沈殿霞則是七妹,彼此感情甚篤。同時期,她與徐小鳳到越南登台時,遇上槍戰。
沈殿霞的上海籍貫,成為她在電視上的一個特別賣點。過去在參與《歡樂今宵》的演出時,曾主演當中一個名為《上海婆》的環節。這個節目的受歡迎程度,可以從1979年在《歡樂今宵》節目內舉辦的《上海婆扮演大賽》中,觀眾的踴躍參與而得知。而她的這個「上海婆」角色,在後來的電影《富貴逼人系列》(1987至1992年)中亦再度出現。
1977年,鄭少秋和沈殿霞的好友森森(黎小斌)在談戀愛,沈殿霞在不知情下為森森送給鄭少秋一封分手信。鄭少秋非常傷心,沈殿霞對他由憐憫生愛,開始與他正式發展戀情,兩人並且同居達11年。
1983年時沈殿霞還放棄自己的工作,陪鄭少秋到台灣宣傳「楚留香」,宛如經紀人一般的幫鄭少秋打理通告事務。在專心陪伴鄭少秋工作的那一年間,沈殿霞僅離台一次,係因好友李香琴邀約,從台灣飛至三藩市,為李香琴新開幕的酒樓剪綵,離開台灣3天,再回到台灣後就傳出鄭少秋花心外遇的流言。兩人為此有所爭執,鄭少秋否認傳言,便表示要兩人結婚。
1985年1月5日,鄭少秋和沈殿霞兩人在加拿大結婚。由於決定婚事倉促,來不及趕製婚紗,沈殿霞曾表示這是她一生的遺憾。懷孕後的沈殿霞在歡樂今宵的第5000千次錄影結束後,獨自到加拿大待產。
1987年5月30日,剖腹誕下了女兒鄭欣宜。
1988年原以為結了婚,有了正式名份後,一切問題即可平息。無奈事與願違,婚後鄭少秋仍與台灣的外遇對象官晶華來往,於是在女兒鄭欣宜年僅8個月大時,鄭少秋和沈殿霞便結束了短暫的婚姻。鄭少秋之後於台灣再與官晶華結婚,育有二女鄭詠恩、鄭詠曦。離婚後,鄭欣宜成了沈殿霞的精神支柱。
1990年,沈殿霞因為亞洲電視的重酬而加盟,參演了《肥趣電視台》、《豪門》及《鐵咀雞與扭紋柴》等劇集。
1994年,加盟華僑娛樂電視廣播公司。
1996年,她重返TVB,主持《孝感動天》。
2002年,她憑《肥肥一家親》在新加坡奪得「最佳喜劇女演員」。另外,她曾經擔任國際兒童大使及護苗大使。
2007年11月17日星期六,無線電視為了答謝沈殿霞對華人娛樂圈的貢獻以及為她身體鼓勵加油,在當晚的萬千星輝頒獎典禮上向她頒授「萬千光輝演藝大獎」的榮譽大獎(相當於終身成就獎)以作鼓勵。而沈殿霞在患病一年多以來的首次在螢幕上的正式場合亮相,而她也坐在輪椅上,面容也消瘦了很多,不再是以往肥胖闊達的樣子,得獎感言是「我不會輕易放棄我所鍾愛的電視演藝事業」,全場動容。
2008年1月21日,其母親沈邱淡素於以95歲高齡逝世。
因身材肥胖而被暱稱為「肥肥」、「肥姐」,生於上海,是華語著名主持人,是一代綜藝巨星,無線電視的第一代藝人,尤擅於擔任現場直播節目司儀。她亦是著名藝人張學友及陳庭威的誼母。沈殿霞在1958年13歲時跟隨父母移居香港,及1960年15歲時被招聘為電影《一樹桃花千朵紅》的童星,而開始其演藝生涯,曾參與多部國語及粵語電影的演出,拍攝過的電影逾百齣,其後加入香港無線電視,開始綜藝節目《歡樂今宵》的主持工作,1970年代曾與張德蘭、汪明荃、王愛明組成「四朵金花」。
沈殿霞的招牌響亮尖銳的笑聲、貓頭鷹式髮型及稍向上的黑框眼鏡框深入民心。這種歡樂形象從1960年代開始一直延續到今天,被譽為娛樂圈中「開心果」。她前夫為鄭少秋,二人有一女兒鄭欣宜,離婚後女兒成為她的精神支柱。
沈殿霞長期患有糖尿病和高血壓。2006年後,沈殿霞因為健康狀況問題而暫時停止其電視工作,於2006年9月因做了通膽管手術,其後證實罹患肝腫瘤。
2008年2月19日早上8時38分,沈殿霞在瑪麗醫院病逝,享年62歲。