孙怡生于吉林集安，8岁开始学习电子琴，到12岁时她的电子琴水平已满级（九级）。那时，孙怡的妈妈觉得再学下去只是浪费时间，于是便决定让她转学钢琴。之后，孙怡的钢琴水平也同样学到了满级（十级）。
2013年，大专毕业的孙怡因为喜欢表演，便前往北京参加了一个表演考前班，准备参加第二年的中央戏剧学院艺考。而就在此时，她认识了自己的第一个经纪人，并获得了在一部影视剧中出演小角色的机会，孙怡也因此正式进入演艺圈发展。
2014年，孙怡主演了黄尧执导的现代爱情片《欢·爱》，并在片中与郭晓冬演绎了一段萝莉与大叔之间的忘年之恋，而此片则入围了第32届圣丹斯国际电影节主竞赛单元；随后，她参加了《芈月传》剧组与乐视网联合举办的“全民网络造星“活动，并最终脱颖而出与众多艺人共同出演了古装人物传奇剧《芈月传》，而她在剧中则饰演了芈月的侄女芈瑶；同年，孙怡还与包贝尔搭档主演了青春爱情喜剧片《我的青春期》，并在片中饰演了清纯可人的女主角李春霞；此外，她还在与海清、陈思诚、朱珠合作出演的职场励志情感剧《大猫儿追爱记》中饰演了单纯善良的富家女同同。
2015年，孙怡出演了红色革命剧《暴风骤雨》；同年，她还与张若昀、邓伦、张雪迎联袂主演了改编自同名小说的青春爱情剧《十五年等待候鸟》，并在剧中饰演了外形平凡却智商颇高的女主角黎璃，而孙怡也因此赢得了更高的关注度与人气。
2016年，孙怡与韩东君搭档主演了革命热血剧《迷雾围城》，并在剧中饰演了温婉贤淑又高冷精明的女主角秦桑；随后，因在《欢·爱》中的出色表现，孙怡连续摘得了第19届上海国际电影节亚洲新人奖最佳女演员、第11届华语青年影像论坛年度新锐女演员的荣誉；同年，她还与钟汉良、马天宇合作主演了现代都市情感剧《凉生，我们可不可以不忧伤》。
2017年，孙怡与邓伦搭档主演的青春爱情剧《因为遇见你》在湖南卫视黄金档播出，她在剧中饰演张果果；12月，凭借《因为遇见你》获得安徽卫视国剧盛典年度新晋女演员。
2018年，孙怡与白敬亭搭档主演了现代都市励志剧《初晨，是我故意忘记你》，其在剧中饰演的是女主角黎初遥；10月，她还发行了个人的首张音乐EP《等光》。
2019年，孙怡与张昊唯、朱雨辰等合作出演了都市职场剧《你好检察官》，在剧中饰演女主角姜文静；3月14日，发布个人单曲《宅旅行》。
2020年，孙怡发布个人单曲《对的人》；7月，主演现代情感剧《我和我们在一起》，饰演女主角夏颜；11月23日，与金瀚主演的古装言情剧《今夕何夕》在腾讯视频播出，剧中饰演了拥有莲身的“半仙”冬月。
我和我们在一起2021 饰演夏颜 导演崔亮 主演张彬彬
今夕何夕2020-11-23 饰演冬月 导演卫翰韬 主演金瀚、檀健次、阮巨
你好检察官2020 饰演姜小溪 导演崔亮 主演张昊唯、朱雨辰
暴风骤雨2019-09-02 饰演秋兰 导演何涛 主演张若昀、高洋、钱枫
凉生，我们可不可以不忧伤2018-09-17 饰演姜生 导演刘俊杰 主演钟汉良、马天宇、于朦胧
人生若如初相见2018-03-02 饰演秦桑 导演何澍培 主演韩东君、方中信、徐正曦
初晨，是我故意忘记你2018 饰演黎初遥 导演林柯 主演白敬亭、朱嘉琦
因为遇见你2017-03-02 饰演张果果 导演周晓鹏 主演邓伦、吴优、代超
十五年等待候鸟2016-03-16 饰演黎璃 导演柯翰辰 主演张若昀、邓伦、张雪迎
班淑传奇2016-02-08 饰演林岑 导演李慧珠 主演景甜
芈月传2015-11-30 饰演芈瑶 导演郑晓龙 主演孙俪
爱情上上签2015-10-07 饰演吴萍 导演余凌松 主演闫肃、邓伦、戴燕妮
大猫儿追爱记2015-09-17 饰演同同 导演田有良 主演海清、陈思诚、朱珠
我的青春期2015-11-11 饰演李春霞 导演郝杰 主演包贝尔、冯四、杜焕荣
男欢女爱2015 饰演小胡亚婕 导演黄尧 主演郭晓冬、余男、应岱臻
初见初恋 2018-03-25 电视剧《人生若如初相见》主题曲
等光 2018-10-15 李伟菘制作
宅旅行 清新、文艺 2019-3-14 女孩于自己的独处时光中遇见一场音乐幻想之旅。
对的人 轻松、清新 2020-6-4 为孙怡量身定制词曲。表达了遇到“对的人”的幸福。
2016 第19届第19届上海国际电影节之亚洲新人奖最佳女演员奖 欢·爱 （获奖）
2016 第11届华语青年影像论坛年度新锐女演员奖 欢·爱 （获奖）
2017 国剧盛典“年度新晋女演员” 因为遇见你 （获奖）
2018 COSMO时尚美丽盛典年度时尚美丽偶像 （获奖）
2018-8-24 2018 InStyle Icon Awards年度偶像盛典年度人气偶像大奖 （获奖）
在青春剧《十五年等待候鸟》中孙怡饰演女主黎璃，其邻家女孩的清新形象，让人眼前一亮。因长相甜美、笑容阳光在网络上拥有颇高人气，而在郑晓龙导演的古装剧《芈月传》中她也担任了重要角色（腾讯娱乐评）。
在第五届北京国际电影节开幕式上孙怡红毯服装造型十分大胆，深V甜美的公主裙，上身却若隐若现，配上其清纯俏丽的面容，整个人显得仙气十足。而2015年孙怡有多部作品上映，可谓冲劲儿十足，颇有小花旦气势（网易娱乐评）。
