1946年进入
昆仑影业公司，任
摄影助理。建国后历任
上海电影制片厂副摄影师，摄影师，摄影车间主任。先后拍摄了《女篮5号》、《
铁窗烈火》、《
红色娘子军》、《
从奴隶到将军》、《
南昌起义》、《老店》、《
廖仲恺》等影片。其中，在影片《从奴隶到将军（上下）》中，沈西林把影片色调定为以灰暗为主，追求彩色片素拍的效果，表现出主人公一生艰苦的命运。影片上集多用平行拍摄，到下集的后半部分，仰拍镜头多了一些，表现出主人公的成功。深层次画面处理细腻，层次感强。该片获1979年文化部优秀影片奖。
影片《南昌起义》彩用一种黄色的调子，充满怀旧感。内景用光丰富、柔和，外景多用自然光。在内景戏上，注重表现人物的内心，通过轻微的摄影机运动，表现人物心理；战争场面则气势宏伟、场面宏大，摄影处理井井有条。摄影风格简炼含蓄，节奏明快，充分体现了传统美学平稳、中庸的特点。该片获1981年文化部优秀影片奖。
1990年，沈西林与年轻摄影师钱滔合作拍摄影片《老店》，该片色彩鲜明，丰富，构图严谨，以优美的画面展现了老北京的风貌。该片获1990年
广播电影电视部优秀影片奖，获第十四届《大众电影》百花奖最佳故事片奖。沈西林也获第十一届
中国电影金鸡奖最佳摄影奖提名。