孙杨出生于浙江体育世家，名字取自父母姓氏。父亲孙全洪毕业于上海体育学院，曾是安徽省体工队男子排球队运动员。母亲杨明曾是浙江女排主力。孙杨遗传父母运动天赋从小个子就很高。
1997年，孙杨的启蒙教练朱颖到孙杨所在的幼儿园选材，身高突出的孙杨被挑中，跟随朱颖教练学习游泳，后中途放弃。
1999年，孙杨父母带着孙杨再次参加了暑期游泳培训班，从此开始了游泳之路。
2004年，孙杨进入浙江省游泳队，被教练朱志根挑中。
2006年，以“代训”身份进入国家队。不满15岁的孙杨在浙江省运会上独揽男子400米混合泳、男子200米自由泳、男子1500米自由泳三枚金牌。
2007年，孙杨正式进入国家游泳队，每天训练量14-20公里。
2007年，墨尔本世界游泳锦标赛，孙杨参加男子400米自由泳和男子800米自由泳两个项目，预赛遭到淘汰，这是孙杨首次参加世界大赛。
2008年，北京奥运会，孙杨参加男子400米自由泳和男子1500米自由泳两个个人项目，并和队友参加男子4x200米自由泳接力比赛。孙杨在男子1500米自由泳中闯入决赛，以15分05秒12的成绩获得第八名。这是孙杨首次参加奥运会，也是他首次在世界大赛中闯入决赛。
2009年，罗马世界游泳锦标赛，孙杨在男子400米自由泳预赛中遭到淘汰，但随后在男子1500米自由泳决赛中以14分46秒84的成绩摘得铜牌，这是孙杨在世界大赛中获得的第一枚奖牌。
2010年，广州亚运会，孙杨先后在男子200米自由泳和男子400米自由泳比赛中摘得两块银牌。在男子4x200米自由泳接力决赛中，孙杨与队友合作夺得冠军，获得个人第一枚亚运金牌，同时帮助中国队打破了日本对该项目长达56年的垄断，首次在亚运会上摘得男子游泳接力金牌。在男子1500米自由泳决赛中，孙杨以14分35秒43的成绩夺冠，并打破亚洲纪录，将原有亚洲纪录提高了十秒之多，同时距离世界纪录只差不到一秒。
2011年，上海世界游泳锦标赛，孙杨在男子400米自由泳比赛中夺得银牌，在男子800米自由泳比赛中以7分38秒57的成绩获得个人第一块世锦赛金牌，这也是孙杨的第一个世界冠军。随后在男子4x200米自由泳接力比赛中，孙杨与队友一同夺得该项目的铜牌，这是中国在世界大赛男子游泳接力项目的第一块奖牌。而在最后一日进行的男子1500米自由泳比赛中，孙杨以14分34秒14的成绩夺冠，这个成绩也打破了尘封十年且在快速泳衣时代唯一没有被打破的世界纪录，成为中国第一个在世锦赛男子游泳奥运项目里获得冠军的运动员，同时也是中国男子游泳在世锦赛上的第一个双冠王。
2012年，伦敦奥运会，孙杨在男子400米自由泳决赛中以3分40秒14的成绩打破该项目奥运会纪录获得冠军，并改写中国男子游泳项目无金牌的历史，成为中国第一个男子游泳奥运冠军。在男子200米自由泳决赛中，孙杨以1分44秒93的成绩获得银牌。在男子4x200米自由泳接力比赛中，孙杨和队友们为中国队摘得铜牌，这是中国在奥运会首次摘得男子接力项目的奖牌。在男子1500米自由泳比赛中，孙杨以14分31秒02的成绩摘得金牌，并再次打破世界纪录，将由自己保持的原世界纪录提高三秒之多。孙杨在伦敦奥运会共获两金一银一铜，是中国在本届奥运会获得奖牌最多的运动员，单届奖牌数量仅次于李宁在1984年洛杉矶奥运会取得的三金两银一铜。
2013年，巴塞罗那世界游泳锦标赛，孙杨摘得男子400米自由泳金牌，在男子800米自由泳、男子1500米自由泳两个项目中成功卫冕。在男子4x200米自由泳接力决赛中，在中国前三棒落后差距明显的情况下，第四棒的孙杨成功逆转，从第五名追赶至第三名，以0.17秒的微弱优势为中国队赢得一枚宝贵的铜牌。孙杨接力分段成绩1分43秒16远超本届世锦赛男子200米自由泳冠军的成绩。孙杨荣获2013年巴塞罗那世锦赛最佳男子运动员，这是亚洲运动员首次获得该荣誉。
2014年，仁川亚运会，孙杨以1分45秒28的成绩获得男子200米自由泳亚军，左手大拇指在比赛到边时不慎受伤。在男子400米自由泳决赛中，孙杨以3分43秒23的成绩获得金牌。在男子1500米自由泳决赛中，孙杨以14分49秒75的成绩成功卫冕该项目冠军。而在男子4x100米自由泳接力比赛中，第三棒的孙杨成功反超日本，中国队最终获得冠军。
2015年，喀山世界游泳锦标赛，孙杨在男子400米自由泳决赛中成功卫冕，虽与男子200米自由泳决赛金牌失之交臂，但在男子800米自由泳决赛中孙杨成功卫冕，成为第一位世锦赛男子800米自由泳三连冠获得者。在男子1500米自由泳决赛中，孙杨因心脏不适退赛。孙杨再次获得世锦赛最佳男运动员（MVP）奖项，成为继菲尔普斯后第二位蝉联该荣誉的运动员，也是亚洲运动员首次蝉联该荣誉。
2016年，孙杨在澳大利亚集训备战里约奥运会时右脚骨折，保守治疗需六周痊愈。5月底，即将出发美国进行里约奥运最后备战的孙杨在一次复查中，本以为已经康复的第五跖骨不但没有完全愈合，第四跖骨也出现了“疲劳性骨折”。
2016年，里约奥运会，孙杨在男子400米自由泳决赛中以3分41秒68的成绩获得银牌，在男子200米自由泳决赛中他以1分44秒65的成绩成功夺冠，成为亚洲第一位男子200米自由泳奥运冠军。而在男子1500米自由泳预赛中，带病参赛的孙杨发挥不佳，无缘决赛。至此，孙杨成为历史上第一位集男子200米自由泳、男子400米自由泳、男子1500米自由泳奥运会金牌于一身的游泳运动员，同时他还是中国第一位连续两届奥运会摘取金牌的游泳运动员。
2017年，布达佩斯世界游泳锦标赛，孙杨在男子400米自由泳决赛以3分41秒38的赛季最好成绩夺得冠军，实现三连冠，追平了澳洲名将索普的纪录。随后，在男子200米自由泳决赛中，孙杨以1分44秒39的成绩刷新由自己保持的亚洲纪录，获得冠军。在男子800米自由泳的比赛中，孙杨以7分48秒87的成绩获得第五名。至此，孙杨成为世界上首位在男子200米、400米、800米、1500米中长距离自由泳上全部夺取过世锦赛金牌的选手——大满贯成就达成。
2018年，雅加达亚运会，孙杨在男子200米自由泳决赛中以1分45秒43的成绩夺冠。至此，孙杨实现了横跨男子200米自由泳至男子1500米自由泳项目的世界大赛金满贯。随后在男子800米自由泳决赛中以7分48秒36的成绩再次摘取金牌。男子4x200米自由泳接力决赛中，孙杨所率领的中国队以微弱差距屈居亚军。男子400米自由泳决赛中，孙杨以3分42秒92的成绩夺冠。男子4X100米自由泳接力决赛中，孙杨所率领的的中国队获得银牌。男子1500米自由泳决赛中，孙杨以14分58秒53的成绩获得冠军。孙杨首次实现在同一届国际大赛中，同时夺得横跨短中长距离自由泳项目的冠军。
2019年，光州世界游泳锦标赛，在男子400米自由泳决赛中，孙杨以3分42秒44的成绩夺得金牌，豪取世锦赛400自四连冠，成为该项目历史第一人。在7月23日的男子200米自由泳决赛中，率先到边的立陶宛选手拉普西斯因为犯规被取消成绩，孙杨以1分44秒93成功卫冕，摘得本届赛事个人第二枚金牌。而在男子800米自由泳决赛中，孙杨以7分45秒01获得第六名。随后在男子4X200米自由泳接力决赛中，由季新杰、汪顺、徐嘉余和孙杨组成的中国队以7分04秒74获得第六名。第七次参加世锦赛的孙杨连续五届都有两枚或以上金牌进账，在本届赛事实现双卫冕后，孙杨的世锦赛个人项目金牌总数达到11枚，位居历史第二。
2018年12月11日晚，第14届FINA世界游泳锦标赛（25米）开幕式在杭州在奥体中心“小莲花”网球馆举行。浙江体育的杰出代表、奥运会游泳冠军孙杨代表家乡在开幕式上用中英双语致欢迎词，向到来的各国选手表示欢迎，他的出场也将开幕式的气氛带向了高潮。
2018年9月2日晚，2018雅加达亚运会闭幕式举行。作为杭州代表的孙杨身穿中国运动员的代表服装在“杭州八分钟”中登场，用中英双语向全亚洲发出2022年杭州的邀约。
2011年8月，孙杨任第26届世界大学生夏季运动会开幕式场内火炬手，传递第四棒火炬。
2014年10月，孙杨参与浙江省第十五届运动会场内火炬传递，担任主火炬手的孙杨手举火炬，匀速跑出体育场，踏上一艘乌篷船，船儿缓缓驶离，大约1分钟左右靠近到主火炬塔，孙杨站在乌篷船上引火，主火炬台上的圣火瞬间点燃。
2018年9月16日，孙杨出席浙江省第十六届运动会并作为主火炬手点燃省运会圣火。这已经是孙杨第二次担任省运会的主火炬手，能够在连续两届省运会开幕式上点燃主火炬的，孙杨还是第一人。
2017年08月28日，孙杨担任第十三届全国运动会开幕式浙江代表团旗手。众旗手中，最大的亮点来自于浙江代表团出场。担任旗手的是三枚奥运金牌得主孙杨。这位阴差阳错错过奥运会、亚运会等综合性大赛的中国游泳队队长终于实现了自己“旗手”的梦想，当他走入会场，挥舞代表团省旗时，全场响起了最热烈的欢呼声，也看得出这位中国现役体育第一人的人气。
2013年2月，孙杨的泳装造型蜡像在上海杜莎夫人蜡像馆揭幕。孙杨就此成为体坛第一个入驻杜莎夫人蜡像馆的90后运动员。
2013年4月20日，四川雅安发生7级地震。4月23日，孙杨响应号召，通过非凡体育中国捐款20万元人民币转给青基会援助雅安，并寄语鼓励和祝福灾区同胞。
2013年9月26日，孙杨来到位于吉林省德惠市的朝阳山太平洋保险希望小学，参加“责任照亮未来”支教活动。孙杨特意为高年级的孩子们上了游泳课，并和志愿者一起煮饺子，家访，并将身上仅有的3000元现金作为助学金捐出。2014年4月27日，孙杨作为太平洋保险“圆梦大使”来到宁波宁海县桑洲镇初级中学，参加“助学圆梦、爱在身边”2014“责任照亮未来”宁波行活动。孙杨为当地的孩子们送去了书籍和体育器材，并圆了一对贫困兄弟的梦想，同时将身上所有现金交给孩子的父亲。
2014年10月30日，孙杨作为爱心志愿者来到江西余干县白马桥乡下塘太平洋保险希望小学，参加太平洋保险“责任照亮未来”主支教点活动。这是他第三次参加“责任照亮未来”活动，除了作为“体育老师”为孩子们教授生动的游泳入门课之外，他还主动对贫困学生进行家访，并和孩子们开展了妙趣横生的竞技比赛。
2015年12月，孙杨联系上了彩虹计划的负责人，认领了120个孩子，捐赠衣物和学习用品。在孙杨的带动下，“双十二”的吴山广场，杭州普通市民竞相与贫困学子结对，最终2296名贫困学子完成结对，爱心人士们共为贫困学子募集善款302万元，创下“彩虹计划”举办7年以来的新高。
2016年9月5日，孙杨参加“艾滋病防治宣传校园行——走进浙江大学”活动，成为红丝带健康大使。
2016年10月3日，孙杨参与“我爱杭州，保护环境”系列活动，来到西湖边捡垃圾，号召市民爱护杭州，保护环境。
2019年8月12日，据浙江体育职业技术学院官网信息更新显示，孙杨与叶诗文的启蒙教练魏巍一起被任命为学院训练处副处长。孙杨也成为了第一个在役就携有处级职位的运动员。
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中国需要在本土之外证明自己的实力……中国有很多优秀的运动员，他们表现出了自己的潜力，比如孙杨，在游泳世界杯的时候就引起了我的关注，也势必会引起世界的关注。（国际奥委会主席罗格评）
在我看来，世界上最优秀的男子运动员，第一是菲尔普斯，第二是罗切特，第三个就是孙杨。他在亚洲的地位没人能够撼动。世界纪录、世界排名第一成绩、多个世界冠军头衔……这样的荣誉对他来说实至名归。（国际泳联主席胡里奥评）
孙杨是一个伟大的运动员，可以一个人报那么多项，而且每个项目都具备冲金的实力。我非常为你感到骄傲。我从你身上看到了中国体育的魅力。（国际泳联主席胡里奥评）
才用了一年时间，孙杨1500米的成绩提高了近1分钟，就连400米也涨了3秒多要知道，在胜负决定于小数点后几位的游泳比赛中，几秒的进步甚至可以用“飞跃”两个字来形容。（朱志根评）
孙杨的滑水时效非常的好，我们都希望每个运动员都这样做到，但是没有大运动量的训练，根本没有办法在这样的比赛情况下做到。孙杨在澳洲拉练重点解决了水中控制力的方面。从技术来讲，孙杨确实好的没的说。孙杨的优势，所有的长距离都是最后的100米和200米的冲刺。在舒服的情况下，他的腿是非常强的。我们可以看在最后100米的时候他冲刺的时候，腿像小螺旋桨一样。（周雅菲评）
很有幸几乎看了所有游泳比赛，我敢说孙杨1500米能游进14分25秒，毫无疑问，他才华如此出众，他的姿势、划水动作几乎无瑕。（菲尔普斯评）
孙杨太不可思议了，他再破世界纪录只是时间的问题，不仅仅在1500米自由泳中。（菲尔普斯评）
孙杨是那种你一看就很难得的优秀选手，游出过很多出彩的比赛，我觉得在某些层面他还可以做得更好，我很清楚对于我而言他是非常非常非常强的一个对手。（菲尔普斯评）
广州亚运会时，孙杨的水平已经很高了，他在长距离自由泳项目上具有绝对的优势，很难有人打败他。上海世锦赛是他的主场，是最有可能发挥出高水平的。我看好他打破世界纪录，但我们需要耐心等待。（世界游泳名将波波夫评）
孙杨迄今取得的成就不仅对中国，也对整个世界都有意义。（世界游泳名将波波夫评）
有着40年历史的游泳世锦赛，第一次把“最佳男子游泳运动员”的奖项颁发给了中国游泳。获得这份殊荣的孙杨，已无可置疑地成为与罗切特、富兰克林比肩的世界泳坛巨星。从更深层的意义来看，孙杨在挑战自我、不断突破的同时，正把中国带向泳坛强国之列的又一个高度。孙杨这次的成功，就像他在伦敦为中国男泳拿到的奥运会第一金一样，对中国游泳的教练、科研、保障团队乃至全行业是一个鼓舞和推动，也在拉近他们与世界泳坛强国间的距离。中国游泳,拥有了再上一个高度的历史契机。（新华社评）
孙杨是中国体育史迄今为止，唯一在国际主流项目达到孤独求败境界（他的800自、1500自统治力无与伦比）的运动员。只是接踵而至的负面事件遮掩了他的实际光芒，只是甚嚣尘上的外界烦扰制约他变得更强，他本该更有名气、更具实力，运动成就足以超越姚明、刘翔、李娜。（大公体育杨华评）
