孙淳于上海戏剧学院毕业后，被分至峨嵋电影制片厂；同年在《锅碗瓢盆交响曲》中饰经理牛宏一角。 1982年，首次在电影《见习律师》中担任主角。1986年，在陈凯歌电影《大阅兵》主演男一号孙放。1992年，在电视剧《皇城根儿》中饰演张全义一角。 1995年，在张艺谋执导、巩俐主演的电影《摇啊摇，摇到外婆桥》中饰演宋二爷。 1998年，参演电视剧《大法庭》和《警坛风云》。 2003年4月，参演张黎执导的电视剧《走向共和》，饰演袁世凯，为了形象接近人物，孙淳增肥12斤。 2009年6月，在孙红雷主演的电视剧《人间正道是沧桑》中饰演瞿恩一角；10月，主演孙周执导的谍战影片电影《秋喜》，饰演国民党特务头子夏惠民，2011年凭借《秋喜》夺得第28届中国电影金鸡奖最佳男主角奖。