2005年，沈震軒返回香港并報讀香港演藝人協會演藝班課程，畢業后拍攝了多個電視及平面廣告，并于多個文化及藝術節目中演唱及表演舞蹈。
2006年，沈震軒參加英皇新秀大賽，獲得總決賽前五名及現場最具人氣獎；年底，參加無線電視舉辦的《TVbeople》演藝新晉推廣計劃并通過選拔，獲得2年無線電視演藝合約及參與無線電視的宣傳制作；同年，出演喜劇片《新扎師妹3》。
2007年3月，沈震軒與另外七位勝出者推出他們的宣傳片；同年，與謝霆鋒、房祖名、余文樂共同出演警匪片《男兒本色》。
2008年，沈震軒加入第22期無線電視藝員訓練班；同年，與汪明荃、馬德鐘、佘詩曼共同出演民初愛情劇《東山飄雨西關晴》。
2009年，在古裝劇《碧血鹽梟》中飾演易寨主的手下；同年與古天樂、劉青云、應采兒共同出演劇情片《撲克王》。
2011年，出演了由黃宗澤、陳法拉、謝天華、徐子珊主演的TVB警匪劇《潛行狙擊》，在劇中飾演一位為愛人犧牲的同性戀。
2012年，與關楚耀、連詩雅合作主演電影《喜愛夜蒲2》，在劇中飾演第二男主角Don；同年，憑借《喜愛夜蒲2》獲得第三十二屆香港電影金像獎“最佳新人獎”提名。
2013年，沈震軒簽約太陽娛樂文化成為歌手，推出首支個人單曲《講多變真》，并作為電影《溝女不離三兄弟》的主題曲。
2014年，出演了TVB警匪劇《使徒行者》，在劇中飾演Kobe連浩勤，憑此劇在2014年馬來西亞星光薈萃頒獎禮上獲得最喜愛TVB飛躍進步男藝員獎；同年，在葉念琛編劇并執導的橙色愛情喜劇電影《求愛大作戰》中擔綱男主角，在劇中飾演文藝暖男馬偉雄。
2015年，推出國語歌曲《重返寂寞》，該歌曲是電影《溝女不離三兄弟》主題曲《講多變真》的國語版本。