1999年孙莉客串电视剧《达摩祖师》正式进入娱乐圈，同年参演首部电影《操心家长》，饰演黄老师。
2000年主演神话剧《天地传说之鱼美人》和侦探悬疑剧《神探科蓝》，分别饰演金牡丹和林皓颖；2002年孙莉和关咏荷、赵文卓等主演武侠剧《书剑恩仇录》播出，孙莉饰演女配角李沅芷。
2004年在胡歌、刘亦菲、安以轩等主演的神话剧《仙剑奇侠传》中饰演女娲后人青儿；2006年在《聊斋奇女子之宦娘》中饰演女一号宦娘；2009年参演琼瑶剧《新再见艳阳天》，饰演女一号谢秀巧，后退出娱乐圈。