孫紅雷出生在哈爾濱市道里區一個破舊的俄式老洋房里，家里窮，28平方米的房子里，住著父母、爺爺、叔叔和3個孩子，六七個人一個挨一個睡在吊鋪上。父母微薄的工資根本無法應付一家人的吃飯問題。有連續5年，每個月末媽媽都要到鄰居家借10塊錢維持家用，那時鄰居都瞧不起他們。孫紅雷從小就品嘗了底層生活的艱辛。

小時候的孫紅雷便初顯藝術天分。初中時，他突然發現自己特愛唱歌，并且非常喜歡跳霹靂舞，上中學時常常晚上逃課去哈爾濱青年宮跳，后來，參加黑龍江省霹靂舞大賽獲得一等獎。為了改變家庭的貧困境況，18歲時，他棄學去跳霹靂舞，還到各地走穴演出。他還組建了“小虎隊”，一天有300多元的收入。

1995年初，孫紅雷有幸認識了到哈爾濱演出的牛振華、馮鞏等明星，熱心的牛振華說：“你這么能演，不去報考中央戲劇學院，豈不是太可惜了。”于是孫紅雷決定報考中央戲劇學院，最終憑著出色的表演成功地考進了中央戲劇學院。畢業后，他進入了中國國家話劇院，成為一名話劇演員，并獲得了戲劇界的大獎——梅花獎最佳男主角。

在演了兩年話劇后，孫紅雷幸運地被張藝謀相中出演《我的父親母親》。張藝謀特地找孫紅雷談話，直言選他的原因是需要找一個完全不像演員的人。結果，在這部章子怡的成名作中，幾乎沒人發現曾有孫紅雷的出現。他以雁過無聲的表演方式完成了導演交付的“不可能的任務”，并借著此片干凈利落地完成了身份的蛻變：從一個話劇演員到一個影視演員的轉變。2000年，在趙寶剛導演的電視劇《永不瞑目》中，他出演了一個只有六七場戲的打手建軍，這是孫紅雷努力爭來的。當時孫紅雷等了趙寶剛6個小時。趙寶剛只是瞟了他一眼冷冷地說：“不行，太忠厚老實。”孫紅雷輕輕地卻又堅定地說了句：“你不用我會后悔。”趙寶剛嚇了一跳，在重新審視了這個魁梧的年輕人后，勉強同意讓他試鏡。正是這一個建軍，讓不少觀眾第一次對孫紅雷留下了深刻印象。拍完后，趙寶剛對他說，你欠我一部戲。于是，就有了《像霧像雨又像風》里那個深情寡言的阿萊。

2007年，在《潛伏》中，孫紅雷對角色余則成的把握既精準到位又游刃有余，平和中不失果斷，剛毅而不失柔情，昭示著其演技的重大突破。最終，憑此與張國立同時榮獲2009年第27屆飛天獎優秀男演員獎。

一路走來，孫紅雷的星路比其他人要坎坷許多。他嘗盡了人間冷暖，自然也就在等待成功的時刻顯得分外從容。從《像霧像雨又像風》中的深情寡言，到《大工匠》中的耿直剛硬；從《征服》中的狡猾專橫，到《七劍》中的陰郁狠辣；從《刀鋒1937》中的愛恨分明，到《半路夫妻》中的玩世不恭卻重情重義，直到《梅蘭芳》中邱如白的瘋魔，孫紅雷成功地詮釋了不同的角色，演技日臻成熟。在《潛伏》中，他完全收斂了以往的極致張揚，變成了謹小慎微、深藏不露的諜報人員，讓大家對他充滿了驚喜。而在主旋律大戲《人間正道是滄桑》中，孫紅雷的演技已經可以用爐火純青來形容了。

孫紅雷在評價自己時說：一是滄桑，該經歷的都經歷了；二是貪婪，像是一塊特別能吸收的海綿；三是執著，喜歡將每件事都做到極致，從不放棄。是的，人生有許多成功的機會，但也有許多吃苦受難的考驗，要不顧一切地抓住機會，竭盡全力做好它，并接受艱難的洗禮，才會成為生活的主角，擁有光輝的未來。