När City ledde med 1-0 sprang Sterling in i straffområdet med Sjachtars Mykola Matviyenko i hasorna.
I stället för att avsluta sparkade Sterling i gräset med vänsterfoten och föll i en teatralisk båge.
Domaren blåste straff och Sjachtarspelarna trodde inte sina ögon och försökte påkalla domaren Viktor Kassais uppmärksamhet, denne hade också hade hjälp av en straffområdesdomare, utan att få gehör, och Gabriel Jesus gjorde 2-0 på straffen.
Målvakten skrattade rakt ut
Straffen var så absurd att Donetskmålvakten Andrij Pyatov skrattade rakt och gestikulerade vilt när domslutet var ett faktum.
– Jag skulle chippa bollen och vet inte vad som hände. Det var ingen kontakt. Jag ber om ursäkt till domaren, sa Sterling, som hånas rejält på sociala medier, till BT Sport efteråt.
Citytränaren Pep Guardiola efterlyste VAR, videogranskningssystemet som användes under VM, och kunde bara lägga sig platt.
– Vi inser att det inte skulle ha varit en straff. Vi gillar inte att göra mål på den typen av situationer, sa Guardiola.