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。
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，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，在历史情感剧《风雨西关》中饰演天真活泼、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，并为该剧献唱片尾曲《爱如空气》。
2006年，在军旅题材电视剧《天和局》中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，发行个人首张音乐专辑《小小的梦想》；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编的年代剧《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；之后，主演胡大为执导的剧情片《金山》，孙俪饰演女主角小虎，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日古装奇幻电影《画壁》上映；11月17日，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国剧盛典最佳女主角，此外，上海杜莎夫人蜡像馆还为其在戏中“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2016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。
2019年，10月28日主演的现实主义都市剧《安家》发布杀青特辑，剧中饰演房似锦。
2020年，9月23日孙俪晒18年后将在新剧《功勋之孙家栋的天路》再次与佟大为合作；10月18日，担任中国视协新文艺组织和新文艺群体工作委员会委员。10月20日，由中国视协演员工作委员会主办的第七届“中国电视好演员”网络投票结果公布，孙俪获得中国电视好演员优秀演员（蓝组女演员）。
理想之城2021 饰演苏筱 导演刘进 主演赵又廷、杨佑宁、张嘉益、杨超越
在一起2020-9-29 饰演房主任 导演杨文军、曹振宇 主演海清、冯绍峰、董璇、涂松岩
安家2020-2-21 饰演房似锦 导演安建 主演罗晋、张萌、王自健、田雷
那年花开月正圆2017-8-30 饰演周莹 导演丁黑 主演陈晓、何润东、任重、俞灏明
芈月传2015-11-30 饰演芈月 导演郑晓龙 主演刘涛、方中信、黄轩、高云翔
辣妈正传2013-9-14 饰演夏冰 导演沈严、刘海波 主演张译、邬君梅、明道、奚美娟
屌丝男士2012-10-10 饰演孙俪 导演董成鹏 主演大鹏、柳岩、文章、白百何
后宫甄嬛传2012-3-26 饰演甄嬛 导演郑晓龙 主演陈建斌、蔡少芬、刘雪华、蒋欣
小姨多鹤2009-10-31 饰演竹内多鹤 导演安建 主演姜武、闫学晶、萨日娜、杜源
甜蜜蜜2008-7-24 饰演叶青 导演高希希 主演邓超、沙溢、于滨、李依晓
震撼世界的七日2008-7-16 饰演唐瑶瑶 导演赵浚凯、张子扬 主演陈宝国、蒋雯丽、范伟、陈建斌
一世情缘2007-10-16 饰演纪雯 导演关锦鹏 主演唐于鸿、谢君豪、高云翔、何赛飞
新上海滩2007-4-29 饰演冯程程 导演高希希 主演黄晓明、李雪健、黄海波、陈数
屋顶上的绿宝石2006-9-30 饰演莫家琦 导演崔宝珠 主演霍建华、胡宇崴、姚采颖、张国立
幸福像花儿一样2005-9-26 饰演杜娟 导演高希希 主演邓超、辛柏青、殷桃、王丽云
天和局2005-9-19 饰演竺晚秋 导演于荣光 主演刘烨、归亚蕾、杜雨露、王奎荣
亮剑2005-9-12 饰演冯楠 导演陈健、张前 主演李幼斌、何政军、童蕾、张光北
血色浪漫2004-11-30 饰演周晓白 导演滕文骥 主演刘烨、连奕名、陈宝国、傅彪
风雨西关2004-10-3 饰演谢天慧 导演徐耿 主演陈坤、高云翔、刘牧、谢娜
红粉世家2004-9-1 饰演桃枝 导演李大为 主演佟大为、潘虹、周显欣、朱晓渔
一米阳光2004-3-1 饰演伊川夏、伊爱源 导演张晓光 主演何润东、印小天、艾伟、冼色丽
大染坊2003-10-9 饰演沈远宜 导演王文杰 主演侯勇、萨日娜、罗钢、王思懿
一双绣花鞋2003-9-15 饰演林莹 导演徐庆东 主演钱勇夫、连奕名、张潮、谢娜
玉观音2003-5-27 饰演安心 导演丁黑 主演佟大为、何润东、杜源、房子斌
情深深雨濛濛2001-4-3 饰演伴舞演员 导演李平 主演苏有朋、赵薇、林心如、古巨基
我和我的家乡2020-10-1 饰演空姐 导演邓超、俞白眉 主演邓超、闫妮、王子文、王源
影2018-9-30 饰演小艾 导演张艺谋 主演邓超、郑恺、王千源、胡军
恶棍天使2015-12-24 饰演查小刀 导演邓超、俞白眉 主演邓超、梁超、代乐乐、王砚辉
分手大师2014-6-27 饰演孙俪 导演邓超、俞白眉 主演邓超、杨幂、梁超、许可嘉
大话天仙2014-2-2 饰演金凌 导演刘镇伟 主演郑中基、郑伊健、郭德纲、方力申
画壁2011-9-29 饰演芍药 导演陈嘉上 主演邓超、闫妮、邹兆龙、郑爽
关云长2011-4-22 饰演绮兰 导演麦兆辉 主演甄子丹、姜文、聂远、王学兵
越光宝盒2010-3-18 饰演玫瑰仙子 导演刘镇伟 主演郑中基、林子聪、刘镇伟、邓丽欣
机器侠2009-8-18 饰演周素梅 导演刘镇伟 主演胡军、方力申、甘薇、郑中基
金山2009-6-30 饰演小虎 导演胡大为 主演卢克·马可法莱恩、梁家辉、彼得·奥图尔、山姆·尼尔
画皮2008-9-26 饰演夏冰 导演陈嘉上 主演赵薇、周迅、陈坤、甄子丹
霍元甲2006-1-26 饰演月慈 导演于仁泰 主演李连杰、董勇、中村狮童、鲍起静
哥哥树2005-7-5 饰演玲玲 导演郑旭 主演李乐、亓亮、杨光华、秦兢
画壁2011-09-06
美俪暗号2010-10-28
小小的梦想2008-03-30
爱如空气 2006-01-01
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
2010 《香水》 何润东
2008 《爱上你的美》 羽泉
2007 《爱不离》 潘玮柏
2006 《手记》 Rain
2011 《世界上唯一的花》（中文版） SMAP
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。
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；6月15日，受邀参与上海迪士尼开园盛典。
2018-10 第29届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员奖 那年花开月正圆 （提名）
2014-10 第10届中国金鹰电视艺术节最具人气女演员奖 辣妈正传 （获奖）
2014-10 第27届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧女演员奖 辣妈正传 （获奖）
2008-08 第24届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧女演员奖 一世情缘 （提名）
2004-09 第22届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧女演员奖 玉观音 （获奖）
2004-09 第5届中国金鹰电视艺术节最具人气女演员奖 玉观音 （获奖）
2018-04 第31届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖 那年花开月正圆 （获奖）
2009-09 第27届中国电视剧飞天奖建国60周年突出贡献奖 （获奖）
2007-08 第26届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖 新上海滩 （提名）
2004-08 第24届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖 玉观音 （提名）
2020 第26届上海电视节-白玉兰奖最佳女主角奖 安家 （提名）
2018 第24届上海电视节-白玉兰奖最佳女主角奖 那年花开月正圆 （提名）
2016 第22届上海电视节-白玉兰奖最佳女主角奖 芈月传 （获奖）
2014 第20届上海电视节-白玉兰奖最佳女演员奖 辣妈正传 （获奖）
2012 第18届上海电视节-白玉兰奖最佳女演员奖 甄嬛传 （提名）
2007 第13届上海电视节-白玉兰奖最佳女演员奖 新上海滩 （提名）
2010-09 第30届大众电影百花奖最佳女配角奖 画皮 （提名）
2006-10 第28届大众电影百花奖最佳新人奖 霍元甲 （获奖）
2009-09 第27届中国电影金鸡奖最佳女配角奖 画皮 （提名）
2009-02 第28届香港电影金像奖最佳女配角奖 画皮 （提名）
2007-04 第26届香港电影金像奖最佳新演员奖 霍元甲 （提名）
2018-10 第55届台湾电影金马奖最佳女主角奖 影 （提名）
2016-11 第3届亚洲彩虹奖最佳古装剧女主角奖 芈月传 （提名）
2014-06 第2届亚洲彩虹奖最佳女主角奖 甄嬛传 （获奖）
2013-10 第41届国际艾美奖最佳女演员奖 甄嬛传 （提名）
2017-12 第8届澳门国际电视节-金莲花奖最佳女主角奖 那年花开月正圆 （提名）
2012-12 第3届澳门国际电视节-金莲花奖最佳女主角奖 甄嬛传 （获奖）
2011-11 第3届澳门国际电影节-金莲花奖最佳女主角奖 关云长 （提名）
2019-12 新时代国际电视节建国70周年全国十佳电视剧女演员 （获奖）
2017-03 2017中国电视剧品质盛典年度卓越品质之星 芈月传 （获奖）
2016-06 第26届浙江电视牡丹奖优秀女演员奖 芈月传 （获奖）
2014-08 第13届华鼎奖中国百强电视剧最佳女演员 （提名）
2014-02 第1届中国电视演员形象榜演员形象金榜 （获奖）
2014-01 第2届电视剧导演工作委员会表彰大典最佳女主角奖 辣妈正传 （获奖）
2013-04 娱乐现场·娱乐权力榜最具影响力电视剧女演员 甄嬛传 （获奖）
2013-03 中央台2012中国电视剧年度明星盛典十佳女演员 甄嬛传 （获奖）
2013-01 新浪2012微博之夜庆典微博年度突破力奖 甄嬛传 （获奖）
2013-01 第1届电视剧导演工作委员会表彰大典最佳女主角奖 甄嬛传 （获奖）
2012-12 第4届国剧盛典最佳女主角 甄嬛传 （获奖）
2012-10 第六届中国杯帆船赛之“蓝色盛典” 获“率骑士”称号 （获奖）
2012-08 第二届搜狐视频电视剧盛典最佳女演员 甄嬛传 （获奖）
2012-08 《南都娱乐周刊》2011金榕树电视剧奖最佳女戏骨 甄嬛传 （获奖）
2011-12 中国电视剧产业20年群英盛典突出贡献女演员 甄嬛传 （获奖）
2011-03 2011东方影视盛典年度最具人气演员 （获奖）
2010-11 第5届中国(浙江)电视观众节十大电视剧演员之一 （获奖）
2010-11 加拿大最高电影奖Gemini Award最佳女演员 金山 （获奖）
2010-04 SOHU春季电视剧互联网盛典最具号召力女演员 （获奖）
2010-03 第3届中国移动《手机报电影爱好者》金奖读者最喜爱女演员 （获奖）
2010-03 第14届华语榜中榜内地电视剧最佳女演员 （获奖）
2009-03 第2届铁象电影大赏年度女配角 画皮 （提名）
2008-11 第3届中国电视观众节十大电视剧演员之一 （获奖）
2008-07 搜狐2008第二季度电视剧票选最受欢迎女演员 （获奖）
2008-07 第2届罗马故事电影节最佳女演员 金山 （获奖）
2007-12 第三届“全国十大社会公益之星” （获奖）
2007-07 第1届罗莱之夜时尚风云榜“最佳时尚代言人 时尚影视女星” （获奖）
2007-06 新浪2007年电视剧排行榜最受欢迎女演员 （获奖）
2007-04 重庆卫视2006-2007中国剧风尚盛典风尚音乐奖 （获奖）
2007-01 2006年度BQ红人榜颁奖典礼“年度甜蜜拍档奖” （获奖）
2006-11 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 （获奖）
2006-10 “2006年度中国十大魅力女人” 之“最具原色魅力女人奖” （获奖）
2006-02 “博爱国际之星”称号 （获奖）
2006-01 《精品购物指南》影响2006明星人物 （获奖）
2005-05 第1届电视剧风云盛典最受欢迎女演员奖 玉观音 （获奖）
2005-01 《精品购物指南》影响2004时尚盛典中国娱乐风云人物 （获奖）
2005-01 第14届北京影视春燕奖电视剧优秀女主角奖 玉观音 （获奖）
2004-11 莱卡风尚“精品购物指南风尚新人奖” （获奖）
2004-00 2003年度中央电视台电视剧十佳女演员 （获奖）
2015-12 ELLE风尚大典年度偶像大奖 （获奖）
2020-10-20 第七届中国电视好演员奖 中国电视好演员优秀演员（蓝组女演员） （获奖）
2020-9 第30届中国电视金鹰奖最佳女演员奖 安家 （提名）
2020-9 第30届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员奖 安家 （提名）
2016 第三届中国电视剧导演工作委员会年度榜样2016最佳电视剧女主角奖 （获奖）
2018 2018中国电视剧品质盛典年度卓越品质之星 （获奖）
孙俪的性格很硬朗豪爽，少了一份上海女人的娇气，多了几份东北老爷们的仗义感，自我率性，不喜欢被奉承，对待夸赞，她有自己的小幽默与上海式“跋扈”，不论是在当文艺兵，还是在演艺圈奋斗的时候，面对艰苦的环境，她总能凭借自己的毅力坚持下来（新浪网评）。
孙俪有着很好的表演天赋，在拍摄现场能很快进入角色意境，对人物的形象塑造，尺度拿捏准确，同时，也有着很好的敬业精神，每场戏的剧本都会仔细研读，积极与导演交流意见，认真推敲每一个情节，同为演员的甄子丹、彼德·奥图等都对她的敬业程度表示赞许，孙俪多次获得各类国际和国内奖项，其演艺事业所取得的成功，是她的天赋与这份后天的勤奋和敬业心所共同带来的（腾讯网评）。
在其表演事业取得成功的同时，孙俪也积极参与各类慈善公益事业，赈灾活动现场的带头募捐，慈善活动中的义捐义卖，环保活动中的倡议宣言，孙俪的身影时常出现在慈善活动中，还曾获得了“全国十大社会公益之星”的荣誉称号（新浪网评）。
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