1999年孫莉客串電視劇《達摩祖師》正式進入娛樂圈，同年參演首部電影《操心家長》，飾演黃老師。

2000年主演神話劇《天地傳說之魚美人》和偵探懸疑劇《神探科藍》，分別飾演金牡丹和林皓穎；2002年孫莉和關詠荷、趙文卓等主演武俠劇《書劍恩仇錄》播出，孫莉飾演女配角李沅芷。  

2004年在胡歌、劉亦菲、安以軒等主演的神話劇《仙劍奇俠傳》中飾演女媧後人青兒；2006年在《聊齋奇女子之宦娘》中飾演女一號宦娘；2009年參演瓊瑤劇《新再見艷陽天》，飾演女一號謝秀巧，後退出娛樂圈。

2004年3月8日和演員黃磊結婚，2006年兩人育有一女黃憶慈，小名多多。

2014年，黃磊攜女兒參與親子節目《爸爸去哪兒第二季》，孫莉也為觀眾所熟知。