早年经历
1970年，孙红雷出生于哈尔滨市。学生时代的孙红雷比较调皮，喜欢跳霹雳舞，上中学时他常常晚上逃课去哈尔滨青年宫跳舞。1988年孙红雷到重庆参加全国第二届霹雳舞大赛获得了二等奖，获奖后孙红雷被中国歌剧舞剧院发掘，进入中国霹雳舞明星艺术团。
1995年5月22日，孙红雷参加了中央戏剧学院的考试。由于没有提前做准备，他被告知只有音乐剧大专班还有招生名额。音乐剧班对考生的形体要求非常高，于是孙红雷开始减肥。一个月过去了，孙红雷的体重减了36斤，当年有700多人参加音乐剧班补招报名，只有孙红雷一人被录取。1997年孙红雷从中央戏剧学院音乐剧大专班毕业，因为是旁听生，孙红雷毕业时只拿到一张结业证。
演艺经历
1998年，孙红雷在改编自海岩同名小说的电视剧《永不瞑目》中饰演建军一角，戏份不多。1999年，孙红雷出演个人首部电影《我的父亲母亲》，正式进入电影圈。
2000年，凭借话剧《三毛钱歌剧》获得第17届中国戏剧梅花奖；同年参演电视剧《像雾像雨又像风》，凭借在剧中饰演的阿莱一角而成名。
2003年，参演警匪剧《征服》，饰演残忍狂妄的黑帮老大刘华强；同年凭借电影《周渔的火车》获得第10届北京大学生电影节最佳男主角奖。
2004年，参演描述现实刑警办案的电视剧《我非英雄》；同年凭借《军歌嘹亮》获得中国电视界最受大众欢迎十佳演员奖。
2005年，与甄子丹、黎明、张静初共同主演徐克执导的古装武侠片《七剑》，片中孙红雷饰演刽子手烽火连城。
2006年，孙红雷和陈小艺主演的电视剧《半路夫妻》播出后收视率不俗，该片在电视剧风云盛典组委会公布的2005年中国内地电视剧收视率前50强名单中排名第4位。
2007年，与刘佩琦、陈小艺共同主演电视剧《大工匠》，饰演敢爱敢恨的八级锻工杨老三；同年主演吴宇森监制的电影《天堂口》，饰演天堂夜总会的老板洪哥。
2008年，主演谍战剧《潜伏》，饰演外表世俗圆滑但是内心坚强的共产党员余则成；12月孙红雷参演的电影《梅兰芳》在全国上映，剧中他扮演梅兰芳的经纪人邱如白。
2009年4月，孙红雷主演的电视剧《潜伏》在北京卫视、东方卫视、重庆卫视、黑龙江卫视同时上星播出，该剧在北京卫视创下平均9.1%的高收视率，4月15日的收视率更是超过了14%；6月主演的电视剧《人间正道是沧桑》在央视八套播出；9月凭借《潜伏》获得第27届中国电视剧飞天奖优秀男演员奖；12月孙红雷主演的电影《三枪拍案惊奇》在全国上映，首周票房超过一亿。
2010年3月，主演战国题材的电影《战国》，饰演战国时期的军事家孙膑；9月，参演拍摄冯小刚执导的爱情喜剧电影《非诚勿扰2》。
2011年，与古天乐、高云翔共同主演杜琪峰执导的警匪电影《毒战》，饰演禁毒总队队长张雷。2013年9月13日孙红雷主演的电影《全民目击》在全国上映；11月赴上海拍摄赵宝刚执导的电影《触不可及》。
2014年1月，主演的电视剧《一代枭雄》播出；9月19日，主演的电影《触不可及》在全国上映；12月24日，主演的电视剧《二炮手》播出。
2015年6月19日，孙红雷主演的电影《少年班》上映；同年，参加东方卫视励志综艺真人秀节目《极限挑战》；9月，与江疏影、王耀庆、车晓主演都市情感剧《好先生》。
2016年1月15日，主演的喜剧悬疑片《极限挑战之皇家宝藏》上映；影片上映6天票房突破一亿元；3月1日，加盟的《超少年密码》开机；4月起，成为东方卫视真人秀节目《极限挑战第二季》的固定成员；5月31日，主演的都市情感剧《好先生》首播，在剧中饰演米其林三星厨师陆远；6月，主演动作片《飓风营救》，在片中饰演一位铁骨柔情的硬汉老爸；同年，在电影《老手》中国版中饰演黄正民一角。
2019年6月13日，孙红雷主演电视剧《带着爸爸去留学》播出。
2020年1月13日，主演的电视剧《新世界》播出。
2021年2月，孙红雷为电影《侍神令》中海坊主角色配音；5月28日，以萌探家族兄弟团成员常驻的综艺《萌探探探案》播出；8月9日，与张艺兴、刘奕君主演的扫黑除恶题材影视剧《扫黑风暴》开播。10月13日，参加的综艺节目《一年一度喜剧大赛》在北京举办媒体发布会。
个人生活
2009年， 孙红雷公开承认已有女友。2014年10月1日，孙红雷在微博上宣布与王骏迪结婚。
2017年12月16日，孙红雷的妻子王骏迪产下一女。
主要作品
参演电影
参演电视剧
综艺节目
杂志写真
参演话剧
社会活动
2007年1月，孙红雷担任“感动2006中华慈善春节晚会”的颁奖嘉宾。
2009年10月，从公安部交通管理局局长杨钧手里接过“交通安全宣传员”证书，成为公安部交通管理局聘请的首位交通安全公益宣传明星。
2010年12月，成为增爱基金会增爱之星委员会成员。2011年9月，出席在北京举行的第九届BAZAAR明星慈善夜。2012年12月，参加慈善名人台球赛。
2016年6月15日，上海迪士尼举行了开园盛典，孙红雷出席。
获奖记录
人物评价
孙红雷是一个职业化的演员，他会用心揣摩角色，给导演提出自己的意见（张伟平评）。他是个很特别的演员（徐克评）。他很像大哥，很有大哥风采，生活里他能够照顾其他人。他很真诚，做事非常认真（吴刚评）。他是一个很聪明的演员，从《半路夫妻》到《潜伏》，他有能力将各种各样的角色诠释得很好，演坏人坏到极致，演好人很善良，这是演员的功力。孙红雷的成功不是偶然，他具有优秀演员的必备元素（刘惠宁评）。
从电视剧《像雾像雨又像风》中的深情寡言，到电视剧《大工匠》中的耿直刚硬；从电视剧《征服》中的狡猾专横，到电影《七剑》中的阴郁狠辣；孙红雷诠释了不同的角色，演技日臻成熟。在电视剧《潜伏》中，他收敛了以往的极致张扬，变成了谨小慎微、深藏不露的谍报人员。《潜伏》火了，孙红雷更红了，十年辗转，孙红雷尝尽了酸甜苦辣，因为男人的坚持，他的演艺之路，走得越来越宽（网易评）。
人物争议
2019年7月13日，有媒体曝光孙红雷包下了一整层餐厅，与朋友聚会聊天，并且室内吸烟的画面。随后公开道歉，由于自己的行为造成了不好的示范，未来我一定更加注重自己的行为，接受大家的监督。再次道歉，引以为戒，下不为例。
