嘉庆二十五年（1820年），沈葆桢出生在福州侯官一个贫寒的士绅家庭。其父沈廷枫，共育有八个子女，但只有六人长大成人，沈葆桢排行第四，是长子。或许出于养家的需要，忙于生计的沈廷枫直到45岁才考中举人。更糟的是，他至少三次进京考试，都没有中，于是放弃了这一打算。没有考中进士，沈廷枫自然不可能进入清廷的官僚机构。然而，他成了享有一定声誉的学者，靠在家中设馆教书来维持人口渐增的家庭。这成为沈家除田地以外的最主要收入来源。家里人多，加上物质匮乏和身体孱弱，沈葆桢的童年为健康不良和恐夜症所苦。当他成年时，依然患有不少病，包括眼、背部和腿的疾病，失眠，还有水肿病，这些病使他在59岁时病亡。经济困难并没有影响沈家对孩子们的教育。尽管身体虚弱，沈葆桢三岁就由母亲每日授课。母亲除了操持日常家务之外还亲手为他抄写课本，认真地传授儒家教义。真正的勇气和意志只有来自忠孝，这一信仰被强有力地不断灌输进沈葆桢的脑中。据称，由于他懂得了儒家的美德，他的恐夜症被治好了。
对青年时期的沈葆桢有重大影响的是他的舅父林则徐。林无疑是沈家亲属中的最卓越的人物。1824-1830年，林因双亲丧事，长时间住在福州。当1830年林出外任职时，虽然当时的沈葆桢不过10岁，但林给他的印象很深刻——由于沈所受的儒家教育，同时按中国常例，双亲以成功的亲戚作为教育儿子的典范，这一点是理所当然的。1832年，林则徐和夫人看上了沈葆桢的可贵品质，决定将次女许配给他。
此后五年，林是江苏巡抚。据说，沈葆桢被带到他的苏州官署，但我们得到的证据并非如此。林虽不在家，但他依然很关心未来女婿的学识增进情况。他时时看沈的文章。沈不可能不受到林的影响。林在处理下属报告时的思虑是家中所熟知的，林总是亲自批复这些报告，并且在退还之前细心地将批语记下来。沈懂得，如此专心致志，本身不是目的，而是获得当官的深奥知识的途径。因此，尽管自己贫穷老实，若有才干，终将受人注目。
更重要的是，19世纪30年代早期，林则徐已经是个卓越的改革家，在治水、赈灾以及盐务、办案等方面都卓有声誉。他的正直为他赢了得“林青天”的称号。他和出色的国事改革者来往密切，如龚自珍、魏源。在江苏，林则徐在他一系列的改革活动中增加了禁鸦片这一项。所有这些，沈葆桢从家庭谈论中都有所了解。
17岁时（1837年），沈葆桢拜林昌彝为师。此人是林则徐和魏源的知己，是“三礼”（《周礼》、《仪礼》、《礼记》）的权威。由于这些著作强调政府制度规章，成为改革思想的源泉。林昌彝务实的改革态度，同辈称他为“当代顾炎武”。林昌彝还是爱国者，鸦片战争之后，出于对英国人的仇恨，他将书室命名为“射鹰楼”，因为“鹰”和“英”谐音。
总之，沈葆桢的童年和青少年时期受到“开通的”儒家思想教育。他不仅读经以准备考试，而且读了许多其他方面的著作，这些内容是构成务实的改良派“治世良方”中的一部分。同老师林昌彝、舅父林则徐的联系，不用说还有受他父亲的影响，这些人灌输给他的是忠诚、正直和爱国的强烈感情。这时，大多数年轻读书
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