幼时勤奋好学，立有鸿鹄之志。1875年考入上海出洋总局，因学习成绩优异被选派出洋，到挪威大学专攻物理化学。时值清政府初创海军，急需海军方面的人才，便于1881年奉调回国，被北洋大臣李鸿章派到威远舰实习。不久，升任威远舰二副。1882年，清政府派兵援朝平叛时，因护航运兵有功，擢升为威远舰把总。1886年升任济远舰大副，1889年海军衙门成立后，他又任北洋海军中军左营都司，随后又升任帮带，兼领大副。1894年，日本出兵朝鲜，占领军事要地，清政府亦增兵朝鲜，济远舰等护送运兵船。7月25日拂晓，济远舰完成护航任务，由牙山起碇返航。驶抵丰岛西北，突遭日本吉野等三舰袭击。然而济远舰管带方伯谦畏敌如虎，沈寿昌在刻不客缓的关键时刻，当机立断亲自指挥炮手还击。正当激战之际，不料日舰飞来一弹，命中济远望台，被弹皮击中头部，壮烈牺牲。全舰兵士在他的鼓舞下，奋战拚搏，终于击伤敌舰，得以安全返航。