孙晶晶出生在梨园世家，姥爷和母亲都是戏曲表演名家，从小耳濡目染。之后进入中央戏剧学院，为了表演进入了导演系，并且曾经师从北京琴书泰斗关学增。

2005年，孙晶晶参演粱天执导的电视剧《不谈爱情》，这是她的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈；同年，在黄健中执导的电视剧《张大千》中饰演张大千的妻子杨竹君；随后在电视剧《球爱俏佳人》中饰演性格单纯、任性好强且我行我素的富家女胡子怡。

2006年，领衔主演电视剧《梦里花落知多少》，孙晶晶饰演胆大豪气但内心柔软的林岚，她因此角色而受到了关注；同年，她又与邱心志、田海蓉合作演出讲述旗袍大师林文宣生平的电视剧《旗袍》，在其中饰演与男主角有情感纠葛的百乐门歌女秋海棠。

2007年1月27日参加在中央二台播出的2006CCTV中国年度汽车评选颁奖晚会；同年，在张子恩执导的电视剧《大长垣》中饰演王学兵的儿媳阿诗月格格；10月，与马苏、钱泳辰、罗钢、邓英合作演出伦理剧《道德底线》，她在剧中出演反一号，妩媚自信、权力欲强又自我中心的建筑研究设计院主任周春蕾。

2008年，与刘晓庆、包贝尔合作演出年度悲情剧《云袖》，孙晶晶在剧中饰演银行行长的女儿周安娜；同年，在家庭伦理电视剧《女人无悔》中饰演石惠的情敌“林芳”。

2010年，孙晶晶与潘虹、邵峰合作演出都市情感悬疑剧《最熟悉的陌生人》，在剧中饰演一个心地纯净、为爱执着的学成归国心理学家陈冰；6月，又与程皓枫共同主演现代都市剧《救人一命》，在剧中饰演女主角章小嫣；10月，在张洪杰、赵君、丁嘉丽、刘佳主演的家庭伦理喜剧《好歹一家人》中饰演叛逆的孟家小女儿孟想。

2012年3月4日，孙晶晶参演的警匪悬疑剧《疯狂倒计时》首播，她在剧中饰演知性而正义的律师李菲菲。

2015年，与张馨予、徐海乔、苏青、吕聿来共同主演超级玄幻新媒体剧《昆仑阙之前世今生》。

2016年4月，与徐璐、张睿、高洋、徐海乔、铁政共同主演由张敏执导、饶俊编剧的玄幻剧《墨客行》；9月，孙晶晶参演的当代警匪剧《卧虎》播出。

2017年1月，与谭佑铭、金雯昕共同主演由杨昆荣执导的电竞电影《鬼才战队》，饰演高冷队花Nikki。

孙晶晶有着美丽的外貌，迷人的气质，活泼开朗的性格，演技也非常全面。充满知性，她不刻意打扮性感，也从不隐藏自己的想法。曾经拍摄过性感照片，但在照片上更多张扬的是年轻、青春活力。在电视剧《梦里花落知多少》中，孙晶晶甜美的微笑，幽雅的气质，成功地诠释出林岚的神韵，让人无法挑出毛病，并深深被她的演技所打动。