早年经历
1982年9月26日，孙俪出生在上海一个普通的工人家庭。在其上小学一年级的时候，孙俪母亲发现了她身上的文艺特长，便送她到上海市少年宫（中国福利会少年宫）学习舞蹈。在此期间，孙俪学习认真努力，成绩名列前茅。11岁的时候，由于舞蹈出众，孙俪随上海东方小伙伴艺术团出访过英国、美国、日本等国家。
1997年，孙俪初中毕业，孙俪母亲为了女儿的前程，便将其送入了上海警备区战士业余文艺演出队 。在部队期间，孙俪克服了艰苦的军事训练，最终脱颖而出。
2000年，孙俪退伍并进入了上海银都艺术学校学习。
演艺经历
2001年初，孙俪参加新加坡“新传媒8频道”举行的“才华横溢出新秀”，获得亚军及智慧大奖。随后，孙俪与退伍战士海岩创办的海润公司签订了合同，成为海润演艺经纪的第一个艺人，继而，参演琼瑶剧《情深深雨蒙蒙》，饰演陆依萍的伴舞 ；同年底，主演海润影视筹拍的现代剧《玉观音》。
2003年，《玉观音》开播，孙俪饰演的缉毒女警察安心是一位在亲与仇、情与法之间痛苦地纠缠，经历了死亡的残酷，体味了爱情的甜蜜，最终成长为一个坚强的女性，并凭借这一角色获得第22届中国电视金鹰奖最具人气女演员奖、最受观众喜爱的电视剧女演员奖、中央电视台电视剧十佳演员及第14届北京电视春燕奖电视剧优秀女主角等多种奖项。
2004年，主演爱情电视剧《一米阳光》，在剧中饰演女律师伊川夏 ；随后，在年代剧《红粉世家》中饰演歌女李桃枝；同年，还与刘烨合作主演《血色浪漫》，饰演纯情的周晓白一角。
2005年，与陈坤、高云翔合作主演历史情感剧《风雨西关》，饰演天真活泼、无限美好的大家小姐谢天慧；随后，主演电视剧《幸福像花儿一样》，饰演单纯善良的舞蹈演员杜鹃。
2006年，再度与刘烨合作主演军旅题材电视剧《天和局》，饰演忠厚善良的传统女性竺晚秋。之后，首次出演现代爱情偶像剧《屋顶上的绿宝石》，饰演缤纷灿烂的莫家琦；同时，孙俪还寻求影坛方面的发展，与李连杰合作动作片《霍元甲》，并凭此片获第28届大众电影百花奖“最佳新人奖”。
2007年，与黄晓明合作主演《新上海滩》，饰演集诚实、坚强、爱心、智慧、勇气与气质于一身的冯程程；随后出演电视剧《一世情缘》，饰演任性刁蛮且深藏心机的富家女纪雯；同年，入围第3届“全国十大社会公益之星”的名单。
2008年，孙俪与邓超以荧幕情侣档主演浪漫爱情电视剧《甜蜜蜜》；随后，参演陈嘉上导演的古装爱情魔幻电影《画皮》，饰演降魔者夏冰；7月，参演汶川地震公益短片《2008分之一》；9月1日，北京残奥会圣火在上海传递，孙俪成为第57棒火炬手。
2009年，孙俪主演严歌苓小说改篇的年代剧《小姨多鹤》，饰演日本孤女竹内多鹤，因剧集涉及中日题材，雪藏三年后才在安徽卫视上星播放。随后，主演胡大为执导的剧情片《金山》，孙俪饰演的女主角小虎，这部电影未能够在国内放映，然而孙俪却凭借这一角色获得罗马故事电影节“最佳女主角奖”及加拿大电影the Gemini Award双子座奖“最佳女主角奖” 。同年，主演科幻爱情喜剧电影《机器侠》。
2010年，孙俪出演刘镇伟执导的的爱情喜剧《越光宝盒》，饰演为求真爱紧追不舍的玫瑰仙子；随后拍摄了刘镇伟执导的另一部的爱情喜剧《天仙奇缘》，进度一半时因片方撤资而停拍，复拍后更名为《大话天仙》，并于2014年2月上映。
2011年4月26日，与甄子丹、姜文合作主演历史片《关云长》上映，孙俪饰演的第一女主角绮兰是一个为影片的剧情特别设计的虚构人物，与甄子丹饰演的关云长发生一段复杂而朦胧的暧昧感情 ；9月29日，主演陈嘉上自编自导的古装奇幻电影《画壁》上映；11月17日，与陈建斌、蔡少芬合作主演的古装清宫斗争剧《后宫甄嬛传》在地面首轮播出，孙俪在剧中饰演甄嬛一角，讲诉一个不谙世事的单纯少女成长为一个善于谋权的深宫妇人的故事，孙俪以齐眉刘海、简单发髻和淡粉系的旗服，让导演郑晓龙认为非常符合原著中甄嬛，该剧于2012年3月26日首轮上星，播出后收视破2，在安徽卫视平均收视率为1.48，东方卫视平均收视率为1.34，孙俪凭借甄嬛这一角色获得2012年国剧盛典“最佳女主角”奖，上海杜莎夫人蜡像馆也为其在戏中“皇太后”造型塑造蜡像 ，该剧在随后两年期间分别在日本、新加坡、加拿大、马来西亚播出，获得一致好评。
2013年9月，主演当代都市剧《辣妈正传》，饰演的女主角夏冰是个走在时尚前端的辣妈，而孙俪凭借其荣获第20届上海电视节白玉兰奖最佳女演员奖 、第十届中国金鹰电视艺术节最具人气女演员奖以及第27届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员奖。
2014年9月6日，孙俪产后复出拍摄郑晓龙导演的古装剧《芈月传》，剧中饰演芈月。
2015年11月30日，《芈月传》在东方卫视和北京卫视开播，该剧播出后以34城收视达4.012，平均收视分别为2.867和2.809的数据创东方卫视12年来电视剧收视纪录，收视位列2015年联播剧第一，同时，网络播放量也突破200亿，孙俪凭借芈月一角于次年6月获得第22届上海电视节白玉兰奖最佳女主角奖 ；12月18日，由孙俪担任嘉宾的《奔跑吧兄弟》播出，创造了三季以来收视纪录；24日，主演喜剧电影《恶棍天使》上映，孙俪饰演查小刀。
2016年，主演励志传奇剧《那年花开月正圆》，饰演灵动善良、百折不挠又率性的周莹 。
2017年3月，在2017中国电视剧品质盛典上获得年度卓越品质之星。加盟张艺谋新片《影》并担任女主角。

社会活动
慈善事业
2005年孙俪参加《原色·孙俪》云南感恩之旅，出资40万捐建2所“安心希望小学”；上海成龙慈善杯明星赛车第三名。
2006年初，孙俪为公益事业出写真，发行《爱如空气》单曲CD 。5月，担任“天使阳光行动”形象代言人；9月，应丽江市人民政府的邀请任“丽江城市代言人” ；11月，荣获第二届中国（三亚）国际电视广告艺术节最具价值明星诚信奖，并成为“我们的奥运———微笑中国2008”奥运笑脸代言人。
2007年7月25日，代言反皮草，并拍摄一则公益广告。12月1日，出席由搜狐新闻、搜狐公益、中国红十字会总会预防艾滋病工作办公室、美嘉欢乐影城共同发起的“我在新年许下愿望”捐助艾滋孤儿慈善电影专场开幕式.
2008年，奥运期间参与张一白执导的公益短片《2008分之1》的拍摄；9月26日发布最新公益写真书《带我回家》。
2009年，孙俪以“家人”身份出席“壹基金 壹家人”2009年会暨典范工程庆典；11月孙俪与马连奴奥兰迪共同发起拯救中国月熊的行动。
2010年孙俪参加反皮草公益宣传“化身天使，拒绝皮草”的公益广告拍摄；4月孙俪为云南、甘肃等灾区赈灾捐款合计30万元；8月孙俪“倡导绿色出行”的公益广告海报陆陆续续登陆上海街头，绿色T恤、利落短发，用实际行动热心公益，支持环保。
2011年4月，孙俪担任亚洲动物基金“拯救黑熊”爱心大使，号召大家拒用一切熊胆制品 。
2012年3月，孙俪认养唇腭裂弃婴，承担其所有手术和医药费用。
2013年1月，孙俪探访成都黑熊救助中心几只取胆黑熊，认养其中一只并为其取名萱萱；4月，通过壹基金向四川雅安地震灾区捐款。
2018年1月31日，《中国慈善家》揭晓了“2017中国慈善名人榜”，孙俪排名第24 。

担任大使
2004年，任上海市小动物保护分会爱心大使
2006年9月5日，出任丽江市城市形象代言人。
2005年，任健康快车“光明大使”
2006年，任“金乌炭雕”的环保大使、“感知中国——韩国行”文化交流活动形象大使
2007年，任搜狐公益大使
2011年，任亚洲动物基金“拯救黑熊”爱心大使
2016年3月28日，成为上海迪士尼度假区荣誉大使。

参演电视剧
2017《那年花开月正圆》
2015《芈月传 》
2013《辣妈正传》
2012《屌丝男士》、《后宫甄嬛传》
2009《小姨多鹤 》
2008《甜蜜蜜》、《震撼世界的七日 》
2007《一世情缘》、《新上海滩 》
2006《屋顶上的绿宝石》
2005《幸福像花儿一样》、《天和局》、《亮剑》
2004《血色浪漫》、《风雨西关》、《红粉世家》、《一米阳光》
2003《大染坊》、《一双绣花鞋》、《玉观音》
2001《情深深雨濛濛》

参演电影
2017《影》
2015《恶棍天使》
2014《分手大师》、《大话天仙》
2011《画壁》、《关云长》
2010《越光宝盒》
2009《机器侠》、《金山》
2008《画皮》
2006《霍元甲》
2005《哥哥树》

音乐作品
单曲
稳稳的幸福 （2013年与张译合唱 电视剧《辣妈正传》主题曲）
风吹麦浪 （2013年央视蛇年春节晚会与李健合唱）
慢慢快乐 （与莫艳琳合唱 原名《慢慢的》,莫艳琳为好友孙俪特别创作）
记忆 （与方力申合唱 电影《机器侠》片尾曲,含MV）
月亮代表我的心 （2007与邓超合唱 电视剧《甜蜜蜜》片尾曲）
就算没有明天 （2006与黄晓明合唱 电视剧《新上海滩》片尾曲）
比我幸福 （电视剧《玉观音》插曲）
你怎么舍得伤害我 （公益歌曲,与梁咏琪、许茹芸合唱）

参演MV
2010《香水》
2008《爱上你的美》
2007《爱不离》
2006《手记》

综艺节目
2015-12-19 快乐大本营
2015-12-18 奔跑吧兄弟第三季
2015-12-09 金星秀
2015-04-15 辣妈，辣包，辣宝宝
2012-08-25 快乐大本营
2009-08-08 快乐大本营

出版书籍
2006年1月25日《原色·孙俪》
2008年9月26日《带我回家》
2009年11月《男孩100天》

杂志封面
2016年10月 《嘉人》
2016年07月 《ELLE世界时装之苑》
2016年06月 《智族GQ》
2016年06月 《时尚芭莎》
2016年02月 《时装男士L'Officiel Hommes》
2016年01月 《VOGUE》
2016年01月 《红秀GRAZIA》
2015年12月 《环球人物》
2015年12月 《优家画报》
2015年12月 《时尚健康》
2015年12月 《伊周》
2015年11月 《OK精彩》
2015年10月 《悦己》
2015年09月 《ELLE》
2015年08月 《时装L’OFFICIEL》
2015年07月 《LOHAS乐活》
2015年05月 《红秀GRAZIA》
2015年05月 《时尚芭莎》
2014年09月 《费加罗Figaro》
2014年05月 《时尚芭莎》
2014年01月 《ELLE》
2013年11月 《悦己》
2013年11月 《费加罗Figaro》
2013年09月 《伊周》
2013年08月 《红秀GRAZIA》
2013年06月 《嘉人》
2013年05月 《时装L’OFFICIEL》
2013年03月 《周末画报》
2013年02月 《芭莎珠宝》
2013年01月 《时尚COSMO》
2012年12月 《费加罗Figaro》
2012年11月 《时尚健康》
2012年11月 《嘉人美妆》
2012年10月 《L'UOMO VOGUE》
2012年10月 《红秀GRAZIA》
2012年08月 《VOGUE服饰与美容》增刊
2012年08月 《悦己》
2012年07月 《伊周》
2012年06月 《ELLE》
2012年06月 《优家画报》
2011年07月 《时装L'OFFICIEL》
2011年05月 《VOGUE服饰与美容》副刊
2011年05月 《优家画报》
2011年04月 《红秀GRAZIA》
2011年02月 《伊周》
2010年03月 《优家画报》
2009年08月 《时装L'OFFICIEL》
2009年05月 《优家画报》
2009年05月 《悦己》
2008年10月 《时装L'OFFICIEL》
2008年08月 《时装L'OFFICIEL》
2008年07月 《VOGUE服饰与美容》副刊