孙伯纶出生于哈尔滨，是家中独子，父亲在他读高中时去世。孙伯纶从小就爱唱歌，但是没有受过专业训练。2002年他在哈尔滨开始酒吧驻唱生涯。2004年赴北京参加“QQ之星歌手大赛”，获得第三名以及最受欢迎歌手奖，得到三里屯“男孩女孩酒吧”老闆赏识，开始在北京驻唱；同年孙伯纶翻唱的一曲《蜗牛的家》登上了Music Radio电台排行榜冠军。

2007年3月，参加湖南卫视“快乐男声”节目，止步于西安赛区六强；10月在录音师推荐下，与音乐人小柯见面试音；首度演出音乐剧《凭什幺我爱你》即担任男主角，开始朝音乐剧方面发展。

2008年5月，参与录製小柯製作的赈灾歌曲《相信》。2009年1月进入小柯音乐学校学习，毕业后获得小柯精品new star活动最佳表现奖；10月参加北京电视台庆祝国庆60周年歌舞大赛，获得第五期冠军；12月担任清华大学校园歌手大赛评审，并现场演唱《我的爱情在哪里》。

2010年1月，参加音乐剧《凭什幺我爱你》全国巡演，包括重庆，武汉，深圳，东莞等共20场演出；3月参演开心麻花音乐剧《白日梦》，并饰演男主角“席太岚”；6月录製《小柯自选集》，演唱由小柯词曲创作的歌曲《多想把我唱给你听》。

2010年参加《超级星光大道》。比赛期间，孙伯纶以一曲《一个人的天荒地老》拿到星光七班首位满分，最终荣获亚军。亚军的头衔并未让孙伯纶获得唱片契约，随后他返回北京，演艺工作仍以驻唱和音乐剧为主。

2011年7月，开始音乐剧《三毛流浪记》全国巡演；11月凭藉《三毛流浪记》里饰演的牢头老陈一角获得广东省音乐剧节表演奖。

2012年9月，参加东方卫视《声动亚洲》节目，晋级中国区前六强，并参加亚洲区比赛；在亚洲区比赛他也取得了前六强的成绩；11月4日参加央视《我要上春晚》特别节目《直通春晚》，和常石磊、刘雪婧一起演唱《High歌》。

2014年参加深圳卫视《中国音超》比赛，获得最具发展潜力奖。

2015年6月28日，“唱出时代经典，追忆似水年华”，江西卫视金曲互动沙龙秀《超级歌单》上，实力唱将孙伯纶作为首期新生代挑战歌手，大胆改编演唱经典金曲《爱如潮水》，现场叫板原唱张信哲。与原唱张信哲不同的是，孙伯纶将情歌《爱如潮水》改成了摇滚版，乐队伴奏上则将吉他提升为首席乐手，再加上孙伯纶富有磁性的嗓音，一首曲风哀婉的“张氏情歌”脱胎换骨变得激情四射、能量十足；7月24日，参加《中国好声音》第四季盲选第二期，孙伯纶演唱了一首老歌《如果你也听说》。

2017年6月9日，发行的单曲《给我走》全球全网上线；6月28日，出席在成都举办的2017中国成都·金砖国家电影节闭幕式,并受邀与金池/常石磊登台演唱；7月7日，发布全新EP《伯纶·不类》，由曹轩宾担任EP製作人；7月28日，在京举办全新专辑《伯纶 不类》的音乐分享会，曹轩宾，金池，常石磊等艺人到场祝贺；8月，赴台宣传新专辑《伯纶 play》；10月12日，孙伯纶倾情献唱央视十九大献礼片《爱人同志》主题曲《恋恋不灭》；10月24日，受邀出席了在北京举办的海上救援主题电视剧《碧海雄心》开播发布会及首映礼，现场演唱了电视剧主题曲《活就活到底》；11月2日，参加了综艺节目《中国情歌汇》，演唱了全新EP《伯纶不类》中的歌曲《一生一程》；11月3日，参与了安徽卫视《星星的礼物》的节目录製；11月7日，孙伯纶《活就活到底》上线 林夕丁薇作词作曲；11月22日，发行电视剧《暖爱》片头曲《浪费》；11月24日，演唱的电视剧《我不是精英》的片头曲《一加一》近日上线；11月28日，受邀江西卫视2018新年演唱会；11月30日，出席亚洲音乐盛典颁奖典礼，凭藉专辑《伯纶 不类》一举斩获“年度最佳演唱”大奖。

孙伯纶以稳健、清澈的高音唱腔而着称（新浪网评）；他有着扎实的唱功以及稳定的舞台表现力（网易评）。孙伯纶作为一个从星光大道节目中走出来的选秀型歌手，进过多年的磨练已经成长为一名在舞台上具有大将之风的成熟型歌手（腾讯网评）。