自沈氏漂流海外，以迄郑军入台，凡十三年间，他在岛上的具体行踪及活动，史无明载；今人只能从他所留诗文里的线索加以推测。

1661年，郑成功率军攻下台湾，明朝遗老纷纷入台随郑；郑成功得知沈光文也在台湾后，曾加以接见，并赐予田宅。郑成功死后，继位的郑经若干施政令沈光文不满，曾为文讥讽，几遭迫害，乃落发出家、避祸“罗汉门”山中——唯此“罗汉门”一地究处何地，学者有不同意见，迄无定论。明郑降清以后，清福建总督姚启圣曾答应助沈光文回归故里，唯最后并未实现。沈光文晚年定居目加溜湾社（即今台南县善化镇），他对当地原住民做出了一些医疗、文教方面的贡献；后人建有纪念碑以资纪念。

清顺治十八年（1661），郑成功率军在赤嵌登陆，一举收复台湾。当郑成功听说沈光文也在台湾时，非常高兴，以非常隆重的礼仪召见了沈光文。这时那些明朝的遗老遗贤们也纷纷入台随郑，沈光文见到他们也很高兴，相互感慨能在有生之年相见也算幸事。郑成功收复台湾，以及这些不愿归顺清朝的文人学士的入台，大大提高了台湾社会崇尚文化的风气。以较早到台的沈光文为主，以及较著名的王忠孝、辜朝荐、沈(人+全)期、郭贞一、李茂春、许吉（火+景）等人一起，开始提倡和宣传传统文化，将中华文化的种子播撒在这片富饶美丽的土地上。他们以传统的诗文形式，写下了台湾最早的第一批文学作品，成为台湾文化的开拓者。 沈光文在台湾为提倡中华文化而不遗余力，他不仅积极提倡文教为先，而且身体力行。他给后世留下的著述有：《台湾舆图考》一卷、《草本杂记》一卷、《流寓考》一卷、《台湾赋》一卷、《文开诗文集》三卷，后来由他的同乡全祖望寻访而刊刻出来。由于沈光文在台湾生活达30多年，从荷兰占领台湾到郑成功收复台湾，以及郑氏家族的盛衰情况，他都亲眼目睹。以前也有人记述了这些历史变迁过程，但由于战火，许多都没有保存下来。惟有沈光文不仅目睹，而且用文字记录了下来，保存至今，为我们后人研究台湾历史提供了真实而宝贵的资料。

康熙元年（1662），郑成功在台湾病逝，其弟郑世袭被部下拥立，郑成功之子郑经迅速从厦门回到台湾，平定内乱，正式袭位。郑经经营台湾时，在用人和为政许多方面一改郑成功时的方法，引起了许多人的不满，沈光文于是作赋讽刺这些做法。有人背地里告诉郑经，沈光文几遭不测，他不得已只好化装为僧人，逃到北鄙，住在罗汉门山中。后来也是有人在郑经面前给他担保，罪行才得以免掉。当他在罗汉门山时，经常给山外的番社讲课，传播文化，教授生徒。有时还兼作医生，为周围村社看病。他常叹息说：“我二十多年飘零在孤岛上，不愿早早进坟墓，就是想人人都能留着明朝的发，然后再见先皇帝于地下。而最终也没有完成心愿，这只能说是命该如此！”1683年，清朝派施琅率军统一台湾。当时明遗老已所剩无几，而沈光文也已是垂暮之年，清福建总督姚启圣招见他，沈坚辞不就。后姚启圣写了一封信，想送他回家乡鄞县，终因姚启圣去世。此事无成。在沈光文的最后年月里，他和同道一起结社，诗酒唱酬，留下了很多上佳的诗作。最后在台湾诸罗去世。

17世纪中叶，郑成功驱逐荷夷，收复台湾，其事迹在海峡两岸广为传颂，妇孺皆知。然而作为台湾文体拓荒者的沈光文，却少为世人所知。

南明弘元年（1645年）沈光文参加浙东的抗清活动，授太常博士。后参与迎立南明鲁王朱以海，受封工部郎中等职，参赞军务。1648年鲁王北上，沈光文扈从不及，南来金门。当时，清朝闽督李率泰闻其名，派遣使者带聘书和财物劝降之，沈光文不就。1651年11月，携带家眷，自金门出海，欲入泉州，过围头洋时突遇飓风，漂泊到台湾南部，“遂寓居焉”。当时台湾为荷兰殖民者占据，推行荷文教育。沈光文隐姓埋名，躬耕生活，并尝试以汉文教授子弟，传播中华文化。他不辞辛劳，经年累月勘探地理，考察了台湾的山川、矿藏和港口道路。采访民俗，大小事无不详细记载，为创作台湾第一部地理志《台湾舆图考》积累了大量资料。1661年，郑成功收复台湾，得知沈光文在台，十分高兴，以客礼相待。

沈光文寓台30年，写下大量诗文，著述有《台湾舆图考》、《草木杂记》、《台湾赋》、《流寓考》、《文开诗文集》等。清政府统一台湾后，“游宦寓贤，簪缨毕集”，迁台文人纷纷组织各种诗社。此时年逾古稀的沈光文首先出面成立台湾第一个诗社——福台闲咏。“福台”是指 福建省台湾府之意。后来清代首任县令季麟光等人也加入，乃更名为“东吟社”。

1688年沈光文逝于台南善化里，他作为台湾文化拓荒者的功绩却永为台湾人民纪念。连横对其评价很高：“台湾三百年间，以文学鸣海上者，代不数睹。郑氏之时，太仆寺卿沈光文之始以诗鸣。”清代鹿港建书院即借沈光文之字，名曰“文开书院”。许多书院将沈光文与朱熹并祀，尊奉沈光文为“台湾孔子”，崇祀不替，即使在日本占领期间也不间断。现在台南县还留下了不少以“文开”、“文光”命名的路、桥、街亭及诗社。