孙文雁6岁时，有一次去游泳池玩差点被淹死，父母想到了送她去学游泳。身材相貌都很出众的孙文雁被教练选中，从此进入花游的世界。
2008年3月，在全国花样游泳冠军赛单人技术自选项目决赛中，孙文雁以93.000分的成绩获得冠军； 在单人自由自选项目比赛中，孙文雁以92.000分的成绩获得亚军 。
2009年10月，在第十一届全国运动会花样游泳双人技术自选比赛中，孙文雁搭档奉紫薇以89.583分的成绩获得第五名。
2010年10月，在广州亚运会花样游泳集体自由自选项目决赛中，孙文雁等组成的中国队以总分192分的成绩获得冠军。
2011年4月，在中国花样游泳公开赛暨全国花样游泳冠军赛单人技术自选赛中，孙文雁以94.666分的成绩获得冠军。 7月，在第十四届世界游泳锦标赛花样游泳集体技术自选决赛中，孙文雁等组成中国花样游泳队以96.7分的成绩获得亚军； 在单人技术自选项目决赛中，孙文雁以95.840分获得第3名。
2012年8月，在伦敦奥运会花样游泳集体项目决赛中，孙文雁等组成中国花样游泳队以194.010分的成绩获得亚军。 10月，在全国花样游泳锦标赛单人自由自选项目决赛中，孙文雁以93.625分的成绩获得冠军。 11月，在亚洲游泳锦标赛花样游泳单人自由自选决赛中，孙文雁以93.110分的成绩获得冠军。
2014年9月，在仁川亚运会花样游泳女子双人项目决赛中，孙文雁搭档黄雪辰以185.1851分的成绩获得金牌。 10月，国际泳联花样游泳世界杯赛，在双人自由自选决赛中，孙文雁搭档黄雪辰以186.704分的成绩获得冠军；在集体项目比赛中，孙文雁搭档汤梦妮、孙怡靖等成员以总成绩188.032分获得冠军。
2015年7月，在第16届世界游泳锦标赛花样游泳单人技术自选决赛中，孙文雁以91.5479分的成绩获得第三名； 在女子双人技术自选决赛中，孙文雁搭档黄雪辰以93.3279分的成绩获得亚军； 在花样游泳双人自由自选决赛中，孙文雁再次搭档黄雪辰以95.9000分的成绩获得银牌。
2016年8月，里约奥运会花样游泳双人自由自选决赛。孙文雁搭档黄雪辰以97.0000分，加上技术自选得分，以192.3688的总分获得亚军，创造了中国双人花游在奥运会上的最好成绩。 9月，在全国花样游泳锦标赛双人自由自选项目决赛中，孙文雁搭档李晓璐以91.2000分的成绩获得冠军。
2017年5月17日，第十三届全国运动会花样游泳比赛双人自由自选决赛，孙文雁搭档李晓璐以88.8492分获得亚军。
2019年6月1日，花样游泳世界系列赛在加拿大魁北克城举行，中国组合黄雪辰/孙文雁连夺双人技术和自由自选两枚金牌。
2019年7月14日，2019年世界游泳锦标赛花样游泳双人技术自选决赛，中国选手黄雪辰/孙文雁，以94.0072分夺得亚军。
2019年7月16日，2019年世界游泳锦标赛集体技术自选银牌（中国队参赛的八名队员是常昊、冯雨、黄雪辰、孙文雁、呙俐、梁馨枰、肖雁宁、尹成昕）。
2019年7月18日，2019年世界游泳锦标赛花样游泳双人自由自选决赛，黄雪辰/孙文雁获得亚军。
2019年7月19日，2019年世界游泳锦标赛花样游泳集体自由自选银牌（中国队参赛的八名队员是常昊、冯雨、黄雪辰、孙文雁、呙俐、梁馨枰、肖雁宁、尹成昕）。
2021年7月，孙文雁入选2020年东京奥运会中国体育代表团花样游泳项目运动员名单。
2021年8月4日，在东京奥运会花样游泳双人自由自选决赛中，中国选手黄雪辰/孙文雁获得银牌。
2021年8月7日，在东京奥运会花样游泳团体自由自选决赛中获得银牌。
2021年8月31日，在第十四届全运会花样游泳双人技术自选比赛，孙文雁夺得冠军。
2021年9月17日，孙文雁公布了自己结婚的消息。10月7日，孙文雁晒出了自己婚礼现场的照片。
2021年9月24日，被评为“全国体育系统先进工作者”。
2022年1月，荣获“2021年奥运会、全运会突出贡献奖”二等奖。
孙文雁在比赛中水位高，动作完成准确，速度、力量掌握得当，稳定性好，而且完成动作的质量和难度都达到了非常高的水平。（网易体育评）
孙文雁的特点是身材修长，尤其是上半身表现力很强，非常适合从事单人项目。 （三湘都市报评）
孙文雁在水里做出各种姿势，其动作舒展，到位，看得观众赏心悦目。在腿部表现上，孙文雁的转体难度高，力量感十足。 （腾讯体育评）