孙嘉璐从小学舞蹈，2012年，考入北京电影学院表演专业。2014年，当孙嘉璐还是学生时，就参与了谍战剧《孤战》的演出，在剧中扮演冯恩鹤老师的女儿 。
2015年3月，参演由马鲁剑执导的民国悬疑剧《浴血重生》，在剧中饰演的黄仪佳与乔振宇扮演的谭振刚是青梅竹马的恋人，而她也因此正式开始演艺生涯 ；同年，参演黔南形象宣传系列微电影《夏日朵朵》；6月，参演由潘小杨执导的家庭伦理剧《未婚爸爸》，饰演一位美国长大的富家女黎珊珊 ；10月，与钱泳辰、斯琴高娃合作主演了农村题材类电视剧《苦乐村官》，在剧中饰演女一号梅花 。
2016年，参演都市情感剧《爱归来》，饰演海归设计师高明慧，与王耀庆饰演的高明修是同父异母的兄妹，是一位胜负欲强烈的职场女生 ；7月，搭档郑智薰、宋茜出演青春偶像剧《八月未央》，在剧中饰演rain同父异母的妹妹沈金贝 ；同年，与邓家佳、明道合作主演现代都市剧《最亲最爱的人》，在剧中饰演卢景儿 。2017年1月，出演的年代抗战剧《孤战》播出，在剧中饰演清新、活力的丹丹 。
2018年10月9日，与蔡俊涛、朱赞锦等主演的东方奇幻电影《画皮师2》登陆爱奇艺播出 ；12月，出演古装侦探片《新包青天》杀青，在片中饰演紫月教主 。
2019年5月，与郑合惠子、陈子由合作主演青春爱情剧《出线了，初恋》，孙嘉璐在剧中饰演青春靓丽且聪慧机灵的女主播陆心怡 。
2020年1月10日，与厉嘉琪、毕雯珺合作主演的古装励志轻喜剧《小女霓裳》拍摄，饰演骄横跋扈又心狠手辣的颜文秀 ；3月16日，主演的现实题材剧《一个都不能少》播出，在剧中饰演积极热情的“副村主任”丁香 。
孙嘉璐一出道就参与多部话题性的电视剧拍摄。虽然还是90后演员，但合作过的前辈都对孙嘉璐赞誉有佳，评价孙嘉璐是个聪明，有礼貌并且热爱表演的好苗子 。在谍战剧《孤战》中孙嘉璐饰演的丹丹，单纯而美好，勇敢机智的与恶势力作斗争，秉持正义之心，现实生活里的嘉璐和丹丹性格很贴近，单纯而正直 。（网易娱乐评）
孙嘉璐聪明、机灵，特别可爱，像自己的女儿一样 。（李修贤评）