On écrit « sans faute » : la logique veut qu'on écrive « sans faute » au singulier quand on souhaite signifier qu'il n'y a aucune faute. Puisqu'il n'y a pas de faute (zéro faute), aucune raison d'accorder « faute » au pluriel.

On écrit « sans fautes » : on peut aussi écrire « sans fautes » au pluriel pour signifier implicitement qu'il y aurait pu en avoir plusieurs. On peut alors le remplacer par « sans faire des fautes ».

On écrit toujours « un sans-faute » : cette locution nominale composée de « sans » et « faute » s'écrit toujours avec un trait d'union : « un sans-faute ». On l'utilise généralement avec le verbe faire : « faire un sans-faute », pour signifier au figuré que c'est une réussite totale, sans erreur (en sport ou dans d'autres domaines). Au pluriel, on écrira « des sans-fautes. »