中华民国三十六年（1947年）九月，考沈允钢入浙江大学农业化学系。

1951年7月，沈允钢毕业于浙江大学农业化学系；同年8月，沈允钢被分配到中国科学院上海实验生物研究所植物生理研究室工作，任研究实习员。进所后的第一项工作是参加著名植物生理学家罗宗洛带领的防风林调查，赴苏北开展调研活动，学习室外工作经验。

1953年2月，植物生理研究室独立成中国科学院上海植物生理研究所，沈允钢在其生化组任研究实习员。

1956年10月至12月，沈允钢由所里派至苏联科学院生物物理研究所参加放射线同位素在生物科学中示踪应用技术培训班。

1960年，沈允钢越级晋升为研究员。

1974年11月，沈允钢应邀担任中国赴美国光合作用研究考察团团长。

1978年，沈允钢和同行创造了田间取样气流法。

1980年，沈允钢当选为中国科学院学部委员（院士）。

1982年9月，按中国科学院与日本学术振兴会协议，沈允钢赴日本讲学及考察光合作用研究1个多月。

1983年，沈允钢参加在比利时召开的第6届国际光合作用大会时，英国科学家Hall教授邀请沈允钢参加联合国环境规划署热带亚热带草地生态系统生物生产力和光合作用科研项目（1985年-1991年），负责中国区域中心工作。

1994年10月-12月，按中国科学院与澳大利亚CSIRO协议，沈允钢去澳大利亚植物产业研究所Anderson实验室合作研究3个月。

2006年11月25日，“恭贺沈允钢先生八十华诞暨光合实验室2006年学术研讨会”在绍兴举行，以学术交流和年会研讨的形式庆祝沈允钢院士的生日。

50年代进行植物体内碳水化合物转化的研究，证明β-淀粉酶可通过迅速分解引子淀粉而影响磷酸化酶合成淀粉的能力，否定了国外文献中认为有直接抑制作用的观点；60年代开展光合作用机理的研究工作，发现了光合磷酸化过程中高能中间态的存在，提出高能中间态有多种存在形式及耦联因子的变构不同会影响高能中间态的散失和耦联效率；其后又进一步研究能量转化功能与膜结构的关系，光合机构的运转及其调控等。

1954年，开始探讨稻麦籽粒发育过程中淀粉合成及分解酶活力变化与生理过程的联系。他观察到稻麦籽粒成熟过程中，淀粉大量积累时，淀粉分解酶的活力仍相当大，因此进一步追究β-淀粉酶及其产物麦芽糖的生理功能。他与合作者在实验中证明，β-淀粉酶可通过迅速分解引子淀粉而影响磷酸化酶合成淀粉的能力，从而否定了中国以外国家的文献中认为β-淀粉酶对磷酸化酶有直接抑制作用的说法。

1956年，沈允钢等对水稻开花后物质的累积和运转的规律进行研究，发现开花后的光合作用对产量的形成有重大影响，籽粒2/3以上的干物质是靠这时期的光合作用新制造出来的，其余是从茎秆原存物转化而来；证明籽粒乳熟期是累积物质和代谢水平最旺盛时期，此时光合产物常供应紧张，不够灌浆之需。过了这阶段，即使光合产物供应有富余，也不能全用于形成籽粒中的物质了。

1958年，他运用同位素14C测定技术，探明了水稻乳熟期各叶片间光合作用产物没有什么运转，而无效分蘖的光合作用产物可部分转到有效分蘖上。

1961年，沈允钢等对植物叶片光合作用产物输出的动态进行了研究，发现光合作用产物输出的速度在一定范围内与其待输出产物的浓度成正比，光合作用产物的流动与体内利用、贮藏过程有密切关系；并指出叶片光合作用产物输出的特性大体可分为两类，一类是在进行光合作用时产物大量输出，叶片以积累蔗糖为主；另一类是在进行光合作用时产物很少输出，叶片以积累淀粉为主（如棉花和大豆）。他们还研究了光合作用产物积累与光合作用的关系，对农业生产实践有参考意义。

20世纪50年代末，沈允钢在殷宏章先生的领导下，着手探讨光合作用机理研究，着重进行光合磷酸化的机理研究。

1961年，他与合作者完成了光合磷酸化量子需要量的测定，结果表明在光合电子传递还原一个辅酶II等电子受体的同时无论合成一个腺三磷与否都需要利用4-6个光量子，这证实腺三磷合成和光合电子传递是偶联在一起的。沈允钢等在测定光合磷酸化量子需要量时观察到特殊的“光强效应”，即当照光的强度低于一定程度时，光合磷酸化的效率显著降低，在光强增加到一定程度以上，此种情况逐渐消失。1962年，沈允钢等对此现象作了进一步探讨。实验证明，经预先照光的叶绿体在暗中具有能使ADP和Pi合成ATP的能力，从而在世界上首先发现了光合磷酸化过程中存在着高能中间态。这些研究结果具有重要的理论价值，被授予1979年中国科学院科技成果奖二等奖和1982年国家自然科学奖二等奖。

1963年，沈允钢等的试验证明，使用低浓度NH4Cl解耦联剂减少跨膜氢离子浓度差后，反而可促进ATP形成，这个现象很难简单地用Mitchell的化学渗透学说来解释，由此推测中间高能态有多种存在状态，这是在国际上很早地表明质子有区域化现象的初步线索，为提出质子区域化假说提供了证据。

1982年，沈允钢和学生的研究证明毫秒级延迟发光的快相除与文献中提到的膜电位有关外，还受质子浓度差的影响，而且这一质子浓度差主要是水氧化时释放的质子引起的，这也有力的支持了质子有区域化的看法。

1993年，他指导学生的研究表明，不同pH介质中，光引起的类囊体收缩机理是不完全相同的，这一结果有助于澄清国际上的争论。

1996年，沈允钢和学生观察到，低温条件（0-1℃）有利于水氧化所释放的质子在类囊体膜上形成区域化，温度升高使水氧化产生的区域化质子易向非区域化质子转变，25℃ 时就难以观察到水氧化所释放的质子区域化现象。1998年的实验表明，在接近体内生理状态的等渗条件下质子更趋向区域化等。

1963年，建立了补偿式光合作用测定法，利用pH指示剂反映二氧化碳浓度的变化，来推算光合作用强度。

1967年，改进了光合作用干重测定法，即采取措施将叶片与植株相连之处的木质部保留而将输出光合产物的韧皮部破坏，使叶片仍能在原来生长部位得到水分和矿质元素供应，进行光合作用，但光合产物不再输出。

1978年又创造了田间取样气流法，把在自然条件下测定光合作用的气体样品用装置储存起来，带回室内用仪器分析，增加了测定的灵活性。

据2018年7月中科院上海生科院植物生理生态所植物光合作用与环境生物学实验室官网显示，沈允钢共培养了30多名硕士和博士。

沈允钢继承殷宏章先生的人才培养方法，认为导师的作用在于激发学生的兴趣，引领学生进入研究之门，入门后则要靠自己去刻苦“修行”，导师在于“导”，对学生要善于启发，循循善诱，使之举一反三，触类旁通。

1980年当选为中国科学院学部委员（院士）。

父亲朱金荪入赘沈家，从事商业活动，母亲沈雪吟，操持家务，生有二子，沈允钢是长子。

沈允钢历任全国政协委员，国际光合作用委员会委员和亚非国家执行主席，联合国环境规划署中国区域中心负责人等职；《中国科学》、《科学》等学术期刊的编委。

曾兼任中国植物生理学会副理事长、理事长和名誉理事长，国际光合作用委员会委员（1989年-1994年），联合国环境规划署《热带、亚热带草地生态系统生物生产力和光合作用》科研项目的中国区域中心负责人（1985年-1991年）和全国政协委员（1994年-2003年）等职。

沈允钢在多年的科研生涯中，形成了自己的治学观点和方法。勤于工作，勤于学习，是他科研上取得成就的成功之点。对专业知识和其他知识，他同样渴求觅取。他认为，一个科学工作者必须处理好专与博这对矛盾，博是为了专，专深必须求博，博是扩大成就的基础，因此博是科技工作者必须具备的业务素质。正是在这个思想的支配下，他在精通专业的基础上，开拓“求博”的道路。（九三学社评）

沈允钢先生还在能量转化功能与膜结构的关系、光合机构的运转及其调控等方面开展了大量卓有成效的工作。无论是担任所领导期间，还是工作在科研第一线，沈允钢先生对研究所发展方向、青年人才培养等都倾注了大量心血，为国家培养了一批卓越人才，对研究所发展做出了重要贡献。他严谨的工作作风、创新的学术思想、正直的人格魅力和高尚的学风道德是年轻科技工作者学习的楷模，深受大家的尊重和爱戴。（中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所评）