1895年10月1日，孙云铸生于江苏高邮。
1920年，正好有两名地质学大师应聘到该系任教。一位是李四光教授；另一位是原美国哥伦比亚大学地史古生物学家葛利普教授。第一次世界大战后，葛利普在美国受到排挤，于是应中国政府和地质界同行盛情邀请来华工作。孙云铸在他们指导下从事教学与科研，在古生物学方面进展很快。孙云铸还与葛利普一起，兼任农商部地质调查所古生物研究室的研究人员。
1926年，孙云铸作为中国代表，出席了在西班牙马德里召开的第14届国际地质学会议，会后去德国留学，仅1年时间就完成了高水平的论文，于1927年荣获哈勒大学理学博士学位。回国后，他即任北京大学地质系教授。1935年，他趁休假之机，赴欧美考察，结交了不少世界闻名的地层古生物学家，参观了很多标准剖面。
1927年，孙云铸在德国哈勒大学获理学博士学位。回国后，他担任北京大学古生物学教授。抗日战争期间，孙云铸在西南联大地质地理气象系教授兼主任。
1936年，孙云铸回国之初，曾任广州中山大学教授。
1937年，抗日战争爆发，北京大学、清华大学与南开大学辗转经湖南长沙等地，最后迁到云南昆明，共同组成国立西南联合大学，孙云铸任该校地质地理气象系系主任、教授。抗战胜利后，北京大学迁返北平，他仍任该校地质系系主任、教授。
1937—1946年，孙云铸在西南联合大学时期，生活艰苦，教学条件困难。他借此机缘引导广大师生面向野外，鼓励大家自行采集和鉴定标本，短期内搜集了以云南地区为中心的、较系统的区域地层和古生物标本，不但解决了教学上的急需，也锻炼了青年教师的工作能力，增强了他们的基本功。他十分重视教师队伍的素质，多方延聘有名的学者到校任教或短期讲学，根据当时的条件，开展了多种形式的学术活动。他也非常重视动手的能力。
1946年，北京大学复校后，孙云铸担任地质系教授兼主任。中华人民共和国成立后，孙云铸继续在北大任原职，还兼任中国地质工作计划指导委员会委员。
中华人民共和国成立之初，孙云铸精心规划培养地质矿产方面以及外贸方面的人才。他在担任地质部教育司司长期间，对中国高等及中等地质教育机构的建设及专业设置等多所擘划，他尤其对地质教材建设十分关怀，领导并参与写出了第一本中等专业学校使用的《古生物地史学》教科书。
中华人民共和国成立后，孙云铸继续在北京大学地质系任原职。
1950年10月，中国成立了以李四光为首的中国性地质事业领导机关——地质工作计划指导委员会，孙云铸担任委员。
1952年，孙云铸出任地质部教育司司长。
1955年他当选为中国科学院生物地质学部委员。
1955年，孙云铸当选为中国科学院生物地学部的学部委员（院士）。
1957年以后，孙云铸虽然脱离了教育界，但他仍十分关心地质教育事业。北京大学自1955年起，恢复了地质专业，由于条件困难，急需延聘名师执教或兼课。孙云铸对此积极支持，他于1959年应邀为该专业新恢复后的第一班学生讲授“古生物专门章节：三叶虫”课程。他当时虽然在地质部地质矿产研究所（后为地质科学研究院）担任领导职务，但经常参加北京地质学院、北京大学地质地理系、北京矿业学院煤田地质系等有关的学术报告会、论文答辩会。
1960年，孙云铸担任地质部地质科学研究院副院长兼地层古生物研究室主任。
1979年1月6日，孙云铸在北京病逝，终年84岁。
孙云铸的学术著作超过100种。其主要著作中包括古生物学24种，地层学16种，古生物地理3种，大地构造1种，学科理论综述等11种。古生物学著作中，有《中国古生物志》专著6种，其中三叶虫3种，笔石2种，珊瑚1种。
孙云铸也十分重视古生物地层学研究中的国际合作。由他译写中文节要的外国古生物学家所著《中国古生物志》有以下这几部：傅兰林（Flanlin）的《中国南满第三纪初期之植物化石》（甲种第1号第1册，1922年），葛利普的《中国北部奥陶纪之动物化石》（乙种第1号第1册，1922年）、《中国古生代珊瑚化石》（乙种第2号第1册，1922年）和《云南东部志留纪动物化石》（乙种第3号第2册，1926年）、O．师丹斯基（Zdansky）的《中国食肉类化石新发现之特征》（丙种第4号第4册，1927年）和《中国鹿类化石新发现之特征》（丙种，第5号第1册，1927年）。
科研综述
在三叶虫、头足类、笔石、海林檎、菊石、珊瑚等研究上取得重要成果。提出中国古生代地层时代划分三项原则。提出太平洋是早古生代生物的主要演化中心。研究了中国古生界各系间的界限、生物混合群的性质及生物地理分区等重要理论问题。在北大执教30余年，对中国地质教育事业作出重要贡献。积极倡导组织学术活动。
德国留学期间
第1阶段是从他大学毕业到留学德国，这是他工作的开始。他在古生物门类上以三叶虫为研究重点，在地层上以下古生界、尤其是寒武系为研究重点，进行深入研究，取得了突破性进展。他于1924年出版的《中国北方寒武纪动物化石》一书专门论述了寒武纪地层和三叶虫化石。这是中国学者所写的第一部公开出版的大型古生物学专着，受到国内外学者的普遍重视，这对中国古生物学发展史有着划时代的重要意义。此书是《中国古生物志》的乙种第1号第4册。这套大型古生物学专着系列丛刊在国际上受到高度赞誉。孙云铸是这套丛刊中第一个中国作者，此丛刊共出版了100多部，其中6部是孙云铸一人所写。他还长期担任此丛刊之编辑，对丛刊出版贡献极大。孙云铸这段时期也广泛研究了中国北方的寒武系、奥陶系，还涉及了中国南方的下古生界。1926年，他代表中国参加在西班牙马德里举行的第14届国际地质学大会，作了《中国的寒武系、奥陶系与志留系》的学术报告，这篇很有份量的论文对中国的下古生界作了全面的概括，受到国际学者的重视和好评。
第一阶段末，他留欧期间，在德国哈勒大学师从著名地质学家J．瓦尔特（Walther）教授，完成了博士论文。他又访问了英国帝国学院的著名古生物学家W．W．瓦兹（Watts）教授，并与C．J．斯塔布菲尔德（Stubblefield）博士等相互切磋。当时他已是较成熟的古生物学家，得到瓦尔特和瓦兹两位名家的指引，受到他们的渊博学识和学风的薰陶，使他扩展了学术上的国际交往，对他以后在中国地层古生物方面所作的广泛贡献有重要的影响。
抗日战争前
第二阶段是从孙云铸第一次留学归来到抗日战争爆发前。他以寒武纪地层、三叶虫化石之研究为中心和起点，继续向纵深方向突进和向横广方向扩展。在三叶虫研究方面，他出版了两本《中国古生物志》。即《中国中部和南部奥陶纪三叶虫》（1931年）和《中国北部上寒武纪之三叶虫化石》（1935年），后者是在李四光教授科著作后的最详细的生物地层著作。他还发表过论文《湖南泥盆纪之二新三叶虫》（1937年）。他把三叶虫之研究范围扩展到了早古生代和晚古生代。
这一阶段他的研究范围更扩展到了其他门类。在头足类化石方面，他于1928年正式发表了留德的博士论文《壳灰统上部锯菊石类的口缘和住室》，是关于菊面石形态功能分析（“功能形态学”）的古生态学理论著作，有很高的学术水平。后来，他又在《中国地质学会志》（英文版）上发表了两篇论文，即《湖南中部尖叶棱角石化石的发现》（1935年）和《山东内角石（新属）——中国最古之全壳亚目》（1937年）。后者在角石以至整个头足类起源和演化的研究上有重要的意义。在笔石研究方面，他于1931年发表了《中国的含笔石地层》一文，对中国下古生界含笔石地层作了全面的分析与概括，这是第一篇全面论述中国一个门类化石地层分布的论文。这期间，他还出版了关于笔石的两部《中国古生物志》，即《中国奥陶纪与志留纪的笔石》（1933年）和《中国北部下奥陶纪笔石化石》（1935年）都是中国较早的笔石专着。在棘皮动物化石研究方面，他于1936年发表了《芒刺海林檎（Aristo－cystis）化石在中国的发现》一文，是中国学者所写的第一篇海林檎纲化石之论文。孙云铸的古生物学造诣与贡献，无论在深度和广度上都是罕见的，他不愧是一位一专多能的古生物学大师。
此阶段中，孙云铸于1935年再次出国考察，不但访问了欧美许多古生物地层学的知名学者和重要研究机构，还对欧美著名的古生界地层剖面进行了实地参观与研究。他特别在德国马堡大学结识了R．卫德肯（Wedekind）教授，着重讨论了生物地层学和地史学理论问题，以及珊瑚古生物学问题。回国之后，他迅速完成了《中国泥盆纪四射珊瑚研究》文稿。由于种种原因，直到1958年才以《中国古生物志》新乙种第8号正式发表。
新中国成立前
第三阶段是从抗日战争爆发到中华人民共和国成立，包括西南联合大学的八九年和解放战争时期在北京大学的两三年。由于战争的影响，地质科研工作处于困难时期。北京大学南迁，成立西南联合大学期间，孙云铸的科研工作主要围绕云南及邻区的地层问题。由于学校搬迁中，图书、仪器、资料均感缺乏，他就组织大家更多地进行野外工作。他首先立足于古生物学和地层学的基础研究，他发表的古生物文章有：《滇西上寒武纪凤山期三叶虫群之发见》（1939年）、《广西二叠纪顶部菊石群及其在地层上的意义》（1938年）、《亚洲多房海林檎（Camarocrinusasiaticus）种的地层学与生物学地位》（1947年，合着）、《滇西一些奥陶纪与志留纪海林檎类的早期发现及其意义》（1948年）。他在地层学研究方面，于1944年发表了关于云南的志留系和泥盆系的总结性著作，而且由他领导进行了保山地区的区域地层研究和地质制图工作。
在这期间，他发表了若干综合性、总结性和理论性著作，涉及更广泛的学科和领域，标志着他学术成就的一个新阶段。如，他在1943年发表的《就中国古生代地层论划分地史时代之原则》一文，提出了三大要点，把地层接触关系、古地理演变和构造运动有机地统一了起来。他1948年发表的《云南古生代地层问题》及《关于中国寒武纪地层界线问题》都带有较高的综合性与理论性。同年，他在伦敦第18届国际地质学大会上宣读的论文《太平洋——早古生代生物扩散的主要中心》则是古生物学、地层学、古生物地理学研究之高度综合的结晶，他的这一论点也得到很多国内外学者之赞同与支持。他在丰富的地层古生物学资料基础上又开展了大地构造学的研究，代表性成果有1945年发表的《早古生代中缅地槽的范围与特征》一文。
新中国成立后
第四阶段是中华人民共和国成立以后，这期间孙云铸处于地质界的领导和管理地位，但他仍未放松科学研究。50年代初，为了满足国民经济恢复与发展时期的地质普查、勘探工作之急需，孙云铸积极倡导并亲自参加了工具书《中国标准化石》系列丛书的编撰，由他执笔的有《无脊椎动物》第一分册内的《笔石纲》（与许杰、穆恩之合着）和《棘皮动物门海林檎纲》。这个阶段他的学术著作则更相对集中于各时期地层界线的论述和对一些基本地层问题的思考。他首先从各方面论证了寒武系的下界及其内部界线。这方面主要著作有：《寒武纪下界问题》（1957年）、《中国寒武纪地层的划分和对比问题》（1959年）、《中国寒武纪地层划分问题》（1961年），最后一文分别以中文和英文发表于《地质学报》与英文版的《中国科学》上。孙云铸从事寒武系研究数十年，为中国寒武纪地层学奠下了坚实的基础。他所提出的划分方案，他所创立的阶名、组名，如馒头、毛庄、徐庄、张夏、崮山、长山、凤山等为地质界所沿用。
身为地质教育工作者，孙云铸在数十年的辛勤耕耘中培养出一大批专业人材。他在教学工作中注重结合我国地质科学发展的现实和需求，重视理论学习与实践的结合，不仅开设古生物学、地层学、地史学课程，还在我国首开中国标准化石课程。解放后，他把教书育人的经验总结为“严、选、放、行”四个字，即严格要求，善选尖子，大胆放手，躬行实践。他的许多学生已成为我国地质学领域的栋梁之材。
几十年中，孙云铸院士为了科学事业，为了祖国的发展和人民的利益忘我地工作，为祖国的古生物学、地层学和地质学教育事业做出了杰出的贡献。（九三学社评）
