1966年10月出生于江苏南京，研究生学历，人工智能专家，美国国家工程院外籍院士、英国皇家工程院外籍院士，现任香港科技大学校董会主席，香港中文大学（深圳）校长讲座教授，清华大学高等研究院双聘教授，粤港澳大湾区数字经济研究院（福田）创院理事长，微软原全球执行副总裁。

1980年进入南京工学院，之后获得香港大学电机电子工程系哲学硕士学位；1991年进入美国卡内基·梅隆大学攻读计算机学院机器人专业博士学位；1996年博士毕业后加入微软美国研究院。1998年底回到北京参与创建微软亚洲研究院，并于2004-2007年担任院长和首席科学家，为中国培养了众多国际一流的计算机科学家、技术专家和企业家。2013-2019年期间担任微软公司全球执行副总裁，主管微软全球研究院和人工智能产品线，并负责推动公司中长期总体技术战略及前瞻性研究与开发工作。主导开发了必应搜索引擎和微软小冰等标志性产品。

主要专注于计算机视觉、图形学、人机交互、统计学习、模式识别和机器人等方向的研究工作，是计算机视觉和图形学研究的世界级专家。沈向洋的博士论文是世界上最早有关由照片转换成虚拟现实的研究，所设计的四分树样条数函数算法，是世界上最好的运动参数估计算法之一。