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。面对艰苦的军事训练，由最初的不适应到逐渐的克服和最后的脱颖而出，孙俪一直在努力着，并最终坚持了下来。2000年，孙俪退伍并进入了上海银都艺术学校学习。
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；孙俪客串拍摄电视剧《情深深雨蒙蒙》，剧中为陆依萍（赵薇饰）伴舞；同年春，加入海润公司筹拍的大型电视剧。
1995年，由于父母离婚，孙俪跟着母亲过了七年居无定所的生活。因为成长在单亲家庭，孙俪看起来比同龄人成熟许多，并曾一度对婚姻抗拒，甚至表示可能做“不婚主义者”。
2005年邓超和孙俪出演了电视剧《幸福像花儿一样》，2006年陷入热恋。2011年4月25日，邓超表示已于2010年2月8日自己生日当天与孙俪领取结婚证。
2011年6月7日，已经怀有身孕的孙俪与邓超在上海举行婚礼。2011年11月12日凌晨，孙俪在上海某妇产医院顺产诞下一子，重7斤2两，取名“等等”（邓涵之）。2014年2月8日上午，孙俪在微博首次承认已怀二胎，2014年5月3日，孙俪于香港产下一女，取名“小花”（邓涵一）。
孙俪也通过微博发布了自己再度当妈的喜讯。随后有网友质疑孙俪选择在港生女是为了逃避计划生育罚款（超生罚款），因此引起网友热议。
