2007年，参演了金鳌勋执导的电视剧《绣娘兰馨》，在剧中饰演“阿朗”一角；还参演了徐进良执导的电视剧《魔剑生死棋》，在剧中饰演“箭隐”一角。同年，参演《明星制造》节目，获得上海市小节目评比展演节目奖。
2009年，开始与娄艺潇、陈赫、王传君等人联袂主演韦正执导的系列都市爱情喜剧《爱情公寓》，在剧中饰演了一个四处留情的花花公子“吕子乔”。同年，参演了李平执导的电视剧《黛玉传》，在剧中饰演“贾芸”一角。
2010年，参演了柳国庆执导的电视剧《上海迷案1937》，在剧中饰演“施玉泉”一角。
2011年，参演的网络剧《钱多多嫁人记》在搜狐网播出。同年，参演王小康执导的电视剧《钱多多嫁人记》，在剧中饰演“马文”一角。
2012年，与王传君、卓文萱主演的校园青春偶像剧《爱情是从告白开始的》在安徽卫视、陕西卫视、湖北卫视黄金档播出，并在剧中饰演为人低调且成绩优异的“欧皓辰”；该剧播出期间百度指数搜索量达到85万，网络点击量也突破3亿。同年，参演的周播剧《刷新3 7》之《骗不了》在东方卫视播出。
2013年，孙艺洲与安以轩主演的由陈铭章执导的都市爱情电视剧《全民公主》播出，并在剧中饰演“余子浩”一角；该剧颠覆了偶像剧的叙事节奏，开播前两集男女主人公就相爱。
2014年，孙艺洲与刘诗诗、吴奇隆主演的都市爱情商战电视剧《步步惊情》在浙江卫视播出，并饰演康氏集团的继承人“康司瀚”一角；而孙艺洲则凭借该剧获得2014年国剧盛典“最具潜质演员”奖。同年，与李菲儿、范明主演的家庭喜剧《奇葩一家亲》在江苏卫视播出。
2015年，参演的喜剧片《一路惊喜》在中国内地上映。7月16日，参加的真人秀《我去上学啦第一季》在东方卫视播出。10月27日，孙艺洲与李晟、马天宇主演的都市情感剧《绯闻女友》在湖南娱乐频道播出。11月29日，孙艺洲参演了根据同名动画改编的古装奇幻武侠剧电视剧《秦时明月》，在剧中饰演了充满野心和霸气的“卫庄”。12月11日，参演的电影《北京时间》在中国内地上映。同年，他还参演了都市爱情剧《面包树上的女人》。
2016年，主演改编自风弄同名小说的古装剧《孤芳不自赏》饰演何侠；5月9日，主演的暖心励志时尚爱情剧《柠檬初上》在江苏卫视播出，剧中饰演暖男“郑磊”；6月11日，参加的大型实境生存记录节目《我们的法则》在安徽卫视播出；6月17日，战争历险巨制《怒江之战》在腾讯视频独家播出，孙艺洲饰演“赵半括”。
2017年，孙艺洲与张海宇共同出演情感喜剧《废柴兄弟5泰爽》。1月7日，他加盟的国内首档原创明星冰舞竞技真人秀《跨界冰雪王》在北京卫视播出；4月8日，孙艺洲主演的电影《喜欢你》在北京电影节上映；5月23日晚，孙艺洲参演的国内首档二次元达人秀节目腾讯视频《我爱二次元》上线；11月24日，他加盟的国内首档全景展现赛车手养成计划的真人秀《中国赛车手之菜鸟驾道》在深圳卫视播出。
2018年，主演的爱情喜剧电影《爱情公寓》全国公映。
2019年，孙艺洲参演的《谍战深海之惊蛰》首播，剧中饰演权欲至上却爱而不得的周海潮。而孙艺洲则凭借该剧获得2019年国剧盛典“年度飞跃荣誉男演员”奖；12月18日，参加的由中央广播电视总台综艺频道、央视网联合推出的新青年生活分享节目《你好生活》播出。
2020年，与娄艺潇、李佳航、李金铭领衔主演的都市爱情喜剧《爱情公寓5》在爱奇艺播出，且《爱情公寓5》是爱情公寓系列的最终季；4月29日，参加的由爱奇艺出品的青年社交观察类恋爱综艺《喜欢你我也是，第二季》播出；5月28日，参加的陪伴主题微综艺《新鲜陪伴记》在芒果TV正式上线；同年，与雷佳音、张国立、于和伟、周冬雨主演了张艺谋执导的电影《坚如磐石》。
坚如磐石2020 导演张艺谋 主演雷佳音、张国立、于和伟、周冬雨
爱情公寓2018-08-10 饰演吕子乔/吕小布 导演韦正 主演陈赫、娄艺潇、邓家佳、李佳航、李金铭
祖宗十九代2018-02-16 饰演主持人 导演郭德纲
喜欢你 2017-04-27 饰演秘书小孟 导演许宏宇 主演周冬雨、金城武
北京时间2015-12-11 饰演王小莫 导演安战军 主演李保田、陈乔恩、周秀娜
何以笙箫默2015-04-30 饰演超市经理 导演杨文军 主演黄晓明、杨幂、佟大为
一路惊喜2015-02-06 饰演民工小赵 导演金依萌 主演郭采洁、萧敬腾、赵丽颖
寻找棉，寻找真实的自己 2014 饰演孙艺洲 主演唐嫣
涂鸦的李想2013 饰演李想 主演赵薇
痴情浪子2007 饰演楚云 导演王泉乐 主演孙耀威
好女好男2021 饰演方程 导演梦继 主演殷桃、袁弘、姜妍
生活万岁2021 饰演曾志东 导演周小刚 主演刘威、王鸥
爱情公寓52020-01-12 饰演吕子乔 导演韦正 主演陈赫、娄艺潇、李金铭、李佳航
大江大河22020 饰演萧然 导演李雪、黄伟 主演王凯、杨烁、董子健、杨采钰
涩女郎2020 饰演李文森 导演李江明 主演殷桃、宋轶、赵今麦、魏大勋、杨烁
欢乐英雄 2020 饰演王动 导演尚敬 主演杨玏、蓝盈莹
绝密者2020 饰演顾英责 导演王雷 主演佟大为、郑爽
谍战深海之惊蛰2019-10-22 饰演周海潮 导演孙皓 主演张若昀、王鸥
废柴兄弟5泰爽2017-05-15 饰演江上饮 导演尹琪 主演张海宇、高艺涵
孤芳不自赏2017-01-02 饰演何侠 导演鞠觉亮 主演钟汉良、angelababy、甘婷婷
怒江之战2016-07-11 饰演赵半括 导演陈皓威 主演贾青、王妍之、李茂
开心原力2016-05-26 饰演吕子乔 导演韦正 主演邓家佳、李金铭
柠檬初上2016-05-09 饰演郑磊 导演刘俊杰 主演刘恺威、古力娜扎
辣味英雄传22015-12-28 饰演吕子乔 导演韦正 主演李佳航、陈赫
面包树上的女人2015-12-01 饰演杜卫平 导演陈铭章 主演唐嫣、黄宗泽、刘冬
秦时明月2015-11-29 饰演卫庄 导演李国立 主演陆毅、陈妍希、蒋劲夫
米粒向前冲2015-10-27 饰演钱康 导演王小康 主演李晟、马天宇、田岷
辣味英雄传2015-04-09 饰演吕子乔 导演韦正 主演陈赫、娄艺潇
奇葩一家亲2014-10-07 饰演汤立秋 导演林黎胜 主演范明、买红妹、李菲儿
步步惊情2014-04-22 饰演康司瀚 导演李国立 主演刘诗诗、吴奇隆、蒋劲夫
爱情公寓42014-01-17 饰演吕子乔 导演韦正 主演娄艺潇、陈赫、李金铭
全民公主2013-07-17 饰演余子浩 导演陈铭章 主演安以轩、李承铉、周韦彤
刷新3 72012-12-15 饰演阿勇 导演李国立 主演曾恺玹
爱情是从告白开始的2012-08-10 饰演欧皓辰 导演徐辅军 主演卓文萱、赵霁、王传君
爱情公寓32012-07-30 饰演吕子乔 导演韦正 主演娄艺潇、李金铭、陈赫
钱多多嫁人记2011-12-03 饰演马文 导演王小康 主演李小冉、朴海镇、邵兵
上海迷案19372011-08-16 饰演施玉泉 导演柳国庆 主演王丽坤、保剑锋、姚刚
爱情公寓22011-01-24 饰演吕子乔 导演韦正 主演娄艺潇、陈赫、王传君
钱多多嫁人记2011 饰演林旭 导演郭淼晶 主演刘涛
爱情公寓外传2010-06-07 饰演吕子乔 导演韦正 主演董博睿
2014-12-18 2014年国剧盛典最具潜质演员 《步步惊情》 （获奖）
2019-12-15 2019年国剧盛典年度飞跃荣誉男演员 《谍战深海之惊蛰》 （获奖）
2011-03-14 第15届佐临话剧艺术奖公益之星 （获奖）
生活中的孙艺洲始终保持着慢节奏，是一个宅男，喜静，和他合作过的圈内好友甚至异口同声的评价他为“老年人”，即使在外地拍戏，孙艺洲也尽量保持着良好的生活作息，早睡早起。不仅性格慢慢悠悠，孙艺洲本人在感情方面也很专一。（搜狐娱乐、新浪娱乐评）
孙艺洲在《爱情公寓》中饰演风流雅痞“吕子乔”一角让大家看到了一个又坏又搞笑的吕子乔，给观众留下了深刻的印象（新浪娱乐、搜狐娱乐评）。孙艺洲是一个潜力无限的演员，亦正亦邪、内外兼修、能文能武，总能给大家带来惊喜（汪远评）。孙艺洲英俊潇洒、吃苦耐劳。低调勤奋，一步一个脚印。（韦正评）
《面包树上的女人》这部剧中孙艺洲饰演的“杜卫平”是一个典型的居家型好男人，这一角色的性格特征和生活中老实本分的孙艺洲很是相像，孙艺洲本人也期待能通过对“杜卫平”这一角色的塑造，突破他留给观众花花公子的形象，带给观众一个更加真实、更加成熟有内涵的孙艺洲。（新浪娱乐评）
电视剧《秦时明月》中孙艺洲首次正式出演古装剧，这第一次的尝试不仅挑战剧中头号反派大野心家卫庄，更以颇为抢镜的银发造型亮相，让人大为惊艳。（搜狐娱乐评）
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