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，他被告知只有表演系音乐剧班还有招生名额。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表演系音乐剧班毕业，因为是旁听生，孙红雷毕业时只拿到一张结业证。
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 红雷参演首部电影《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》在江苏、浙江、天津、东方四大卫视同步播播出;9月19日，主演的电影《触不可及》在全国上映。
2015年11月20日，第52届韩国大钟奖电影节在首尔永登浦区汝矣岛KBS大楼举行了颁奖礼，孙红雷获得最佳海外男演员奖。
2016年3月1日，加盟的《超少年密码》开机。
2009年， 孙红雷公开承认已有女友。
2014年10月1日，孙红雷在微博上高调宣布婚讯，“我们结婚了。”
2016年1月28日深夜，孙红雷晒出自拍照，并留言称：“都别想我了，赶快熄灯睡觉。”照片中，孙红雷戴着灰色帽子面无表情自拍，额上的齐眉刘海尤其抢镜。
电影作品
2016 极限挑战 --- 严敏，任静 黄渤,黄磊，罗志祥
2016 愚人游戏 --- -- 孙红雷 / 范冰冰 / 塞巴斯蒂安·科赫
2015 我们(纪录实验电影) 孙红雷 ---- 王骏迪
2015 少年班 教师 肖洋 周冬雨;赵立新;王栎鑫
2014/9/19 触不可及 傅经年 赵宝刚 桂纶镁;方中信;徐静蕾
2013/9/13 全民目击 林泰 非行 余男;邓家佳;郭富城
2013/4/2 毒战 张雷 杜琪峰 古天乐;高云翔;黄奕
2012/8/17 边境风云 毒贩 程耳 王珞丹;倪大红;张默
2012/2/14 我愿意 杨年华 孙周 李冰冰;段奕宏;张俪
2011/4/12 战国 孙膑 金琛 金喜善;吴镇宇;姜武
2010/12/22 非诚勿扰2 李香山 冯小刚 葛优;舒淇;姚晨
2010/6/22 决战刹马镇 唐高鹏 李蔚然 林志玲;李立群;黄海波
2009/12/10 三枪拍案惊奇 张三 张艺谋 小沈阳;闫妮;倪大宏
2009/9/28 窈窕绅士 曾天高 李巨源 林熙蕾;苑新雨;洪小玲
2009/9/16 建国大业 记者 黄建新 唐国强;张国立;许晴
2008/12/5 梅兰芳 邱如白 陈凯歌 黎明;章子怡;余少群
2008/11/28 硬汉 情敌 丁晟 刘烨;黄秋生;尤勇
2007/11/1 铁三角 莫中原 徐克 古天乐;任达华;林家栋
2007/9/20 蒙古王 扎木合 波德罗夫 浅野忠信;巴音
2007/8/16 天堂口 洪哥 陈奕利 吴彦祖;舒淇;张震
2007/4/29 上海红美丽 成希望 科斯托 邬君梅;葛优;钟镇涛
2005/7/29 七剑 风火连城 徐克 甄子丹;黎明;张静初
2005/2/1 井盖儿 大兴 陈大明 宁静;赵宝刚
2002/8/1 周渔的火车 张强 孙周 巩俐;梁家辉
2000 河流时光 ---- 刘烈雄 赵岩松;田海蓉;何赛飞
2000 幸福时光 汽车旅馆旅客 张艺谋 赵本山;董洁
1999 我的父亲母亲 我 张艺谋 李松杨;章子怡;郑昊
1999 没完没了 醉酒人 冯小刚 葛优;傅彪
电视剧作品
首播时间 剧名 扮演角色 导演 合作演员
2015 猎场
2015 劣质好先生 --- --- ---
2014/12/24 二炮手 贼九 康洪雷 海清;孙茜
2014/11/18 青年医生 刘一白 赵宝刚 任重;张俪
2013/12/28 一代枭雄 何辅堂 余丁 巍子;陈数;郭珍霓
2011/10/22 男人帮 顾小白 赵宝刚 黄磊;汪俊;王珞丹
2009/6/2 人间正道是沧桑 杨立青 张黎 黄志忠;张恒;柯蓝
2008/8/2 潜伏 余则成 姜伟;付玮 姚晨;沈傲君;吴刚
2008/3/19 落地,请开手机 沈亢;王浩 李骏 傅晶;章申;甘婷婷
2007/4/28 大工匠 杨老三 陈国星 陈小艺;刘佩琦;杨家荀
2006/7/9 范府大院 郭彩三 王小列 苗圃;张敏;颜丹晨
2006/4/13 半路夫妻 管军 刘惠宁 陈小艺;张嘉译;高秀敏
2005 刀锋1937 郑树森 郭靖宇 寇世勋;叶童;张定涵
2004/8/24 我非英雄 陈飞 郭靖宇 李强;王奎荣;吴越
2003 走过幸福 陈言 叶大鹰 丁志诚;周韵;严晓频
2003 军歌嘹亮 高大山 李舒 陈小艺;王刚;李玉峰
2003 征服 刘华强 高群书 江珊;刘威葳;石兆棋
2002 浮华背后 高锦林 汪俊 袁立;陆毅;宋春丽
2001 为了这一片净土 岩疆 斗琦 午马;居文沛
2001 太阳不落山 卢洗河 肖风 江珊;何赛飞
2001 警察世家 刘建设 徐耿 李幼斌
2001 背叛 程江 史晨风 胡靖钒;胡军;柳云龙
1999 永不瞑目 建军 赵宝刚 陆毅;苏瑾;袁立
1999 万家轶事 柱子 金地 李保田
参演话剧
1997年 《想变成人的猫》
1997年 《西区故事》 警察局长
1997年 《全是北京人》
1999年 《居里夫妇》 居里
2000年 《三毛钱歌剧》 乞丐行老板
2001年 《屋外有花园》 理查
2010年 《四世同堂》 说书人
参加综艺
2015 极限挑战 东方卫视 推理竞技综艺节目
广告代言
《澳伦皮鞋》 品牌代言人
欧诗漫男士品牌代言人
孙红雷广告代言
中国联通3G品牌“沃”代言人
日威剃须刀(Rewell)形象代言人
长虹手机
统一方 便面
冷酸灵牙膏之火锅篇
《天下第一纺》品牌形象代言人
《美尔雅西服形象代言人》
《雄虎皮鞋形象代言人》
《贝克顿服饰》形象代言人
《圣保罗地板》形象代言人
《金力龙电池》形象代言人
《枝江大曲》 形象代言人
孙红雷代言宝瑞源推广钻饰【美的盛宴】
《抗震救灾，爱心飞翔·零钱捐赠》爱心大使
五星《枝江大曲》形象代言人
中药《口炎清》系列形象代言人
《斯达舒》新的品牌形象代言人
《智裳》高科技服饰代言人
一汽吉林森雅M80代言人
《宝瑞源珠宝“美的盛宴”》钻石首饰系列形象代言人
芝华仕沙发代言人
交管局公益广告
美国乐力洗发水代言
为上海世博卡代言
《七匹狼》形象代言人孙红雷、胡军、张涵予、张震
网游《苍茫世界》游戏代言人
统一绿茶广告代言人(与文霞明星经纪公司合作)
京东商城代言人
雷诺表代言人
悠哉旅游网广告代言(与文霞明星经纪公司合作)
2012年3月31日担任第五届华美美莱“整形救助西南行”公益活动启幕嘉宾
百合网代言人
雨洁去屑洗发露(与文霞明星经纪公司合作)
行行行珠宝(与文霞明星经纪公司合作)
影视奖项
2015 第52届韩国大钟奖 最佳海外男演员 (获奖)
2014 第14届华语电影传媒大奖最佳男主角(获奖)
2013 第01届 伦敦国际华语电影节最佳男主角奖 全民目击 (获奖)
2010 第08届,中国金鹰电视艺术节最佳表演艺术,男演员,奖,潜伏,(获奖)
2010 第25届,中国电视金鹰奖观众喜爱的,电视剧,男演员奖,潜伏(获奖)
2010 第08届,中国金鹰电视艺术节最具人气男演员奖,潜伏,(获奖)
2009 第15届,上海电视节白玉兰奖电视剧最佳男演员,潜伏,(获奖)
2009 第27届,中国电视剧飞天奖优秀男演员奖,潜伏,(获奖)
2008 第02届,亚洲电影大奖最佳男配角奖,蒙古王,(获奖)
2007 第13届,上海电视节白玉兰奖电视剧最佳男演员,半路夫妻,(获奖)
2003 第10届,北京大学生电影节最佳男主角,周渔的火车,(获奖)
戏剧奖项
2000 第17届 中国戏剧梅花奖 (获奖)
1999 文化部“优秀表演奖” (获奖)
1997 文化部“优秀表演奖” (获奖)
综合奖项
2009 第二届 中国年度公众满意度最佳演艺名人 (获奖)
2009 时尚芭莎年度成功人士 (获奖)
2008 搜狐年度娱乐人物之年度男明星 (获奖)
2008 搜狐年度男明星 (获奖)
2003 搜狐2003娱乐界十大年度人物 (获奖)
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，力图把角色演到最好，和他合作非常愉快。(张伟平的评价)
他是个很特别的演员。(徐克的评价)
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。(吴刚的评价)
孙红雷是很聪明的演员，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。(刘惠宁的评价)
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。(网易的评价)
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