孙固字和父，郑州管城人。从小立有志向，九岁读《论语》，说：“我能行此道。”徂徕石介一见到他，寄之以王公辅臣之望。及进士第，调任磁州司户参军。参予平定贝州，向文彦博进言胁从者不治罪的建议，与文彦博的意见相一致，所以只杀了首犯，其余的没有治罪。转任霍邑县令，升任秘书丞，为审刑详议官。宰相韩琦知道他的贤能，派使者来求见，孙固不肯前去。韩琦更加器重他，引用为编修中书诸房文字。
治平年中，神宗为颍王，以孙固侍读。等到为皇太子，孙固又为侍读。到即皇帝位，提拔孙固为工部郎中、天章阁待制、知通进银台司。种谔攻取绥州，孙固知道神宗立志想策划处理西夏事务，打算事先予以劝戒，就上言：“对待外族人应示之以信义，现没有名义举兵，非计谋之所得。希望以汉韩安国魏相、唐魏征论兵的策略，参考同异，那么是与非显而易见了。用兵，是凶器，不可妄动，如果妄动将会后悔。”大臣厌恶他的意见，让他出任澶州知州。
回朝任知审刑院，又掌领银台司、封驳兼侍读，判少府监。神宗问：“王安石能不能当宰相？”孙固回答说“：王安石文学才能很高，处于侍从献纳的职位，是可以的。宰相自有宰相的度量，王安石气量狭小不能容人，必想求得贤明的宰相，吕公著、司马光、韩维是适合的人选。”共四次问这问题，孙固都是这样对答。等到王安石当权，改革法令制度，孙固多次议事与王安石不合，青苗法出笼孙固又极力陈述此法不适宜。等到韩琦的奏疏到，神宗感动，对孙固说“：朕经久而周密地计议，青苗法确实不适宜。”孙固出来告诉执政大臣说：“等到皇上有意，应赶快图谋，以造福天下。”不久神宗终于听从王安石的意见。孙固再掌领银台司。
孔文仲应对皇帝的制策触犯时政，朝廷拒不采纳，宣令退去。孙固说：“陛下以名求士，而士据实回答，现在反而责怪他，这是为什么呢？现在认为孔文仲的话蛊惑天下，我恐怕天下不被孔文仲的话所迷惑，而对孔文仲的被贬退迷惑不解。”胡宗愈因言事被贬逐，苏颂、陈荐因论李定被罢免，孙固都引义争辩。
当时议论尊奉僖祖为始祖，孙固议论说“：汉高祖因得天下与商、周不同，所以太上皇不得为始祖；汉光武帝中兴，不敢以舂陵为始祖而以汉高祖为始祖。宋朝拥有天下，传之万世，都是太祖的功劳，不应取代他的祀位；请以太祖为始祖，而替僖祖另外立庙。始祖远祖祭祀的那天，尊奉其庙远祖神主朝东向以明其尊隆，符合所谓祖因孙尊贵，孙因祖委屈的意思。”韩琦看到后感叹说“：孙公此建议，足以不朽。”
加封龙图阁直学士、知真定府。辽国人盗耕解子平地方，年岁已久，胥吏争辩没能归还。孙固稍微得其要领，挫辱辽人，夺回疆地二百里。熙宁末年，以枢密直学士的身份知开封府。元丰初年，任同知枢密院事。当时征讨安南，建立顺州，此地有瘴气不堪守御，孙固请求放弃顺州，向内地迁移二万户。
间谍报告西夏人幽禁其国王，神宗打算对西边征讨，孙固多次说兴兵容易，解除祸患难。神宗说“：西夏国势有机可乘，不去攻取，那么就会被辽国人所有，不可失此机会。”孙固说：“必不得已，请声讨其罪行迫近讨伐，分裂它的土地，使其酋长自守于此。”神宗笑着说“：这真是郦生之说而已。”当时执政大臣有人说只当径直渡过黄河，不可以停留。孙固说：“但谁替陛下担此责任呢？”神宗说：“朕已委托李宪。”孙固说：“征伐国家，是大事，怎么能够让宦官担此大任！现陛下任用李宪，那么士大夫谁肯为其所用呢？”神宗不高兴。不久，孙固又说：“现五路进军都没有主帅，即使成功，军队必定会作乱。”神宗说“：主帅确实难得有合适的人。”吕公著说：“既然没有这样的人，不如停止发兵。”孙固说：“吕公著所说的是对的。”
开始议论五路入讨，在灵州会合。李宪从熙河进入，就不往灵州，乃自行开拓兰、会州，打算以此消除责任。孙固说“：兵法约定时日而后到者斩首。现在各路都前进，而李宪惟独不向前，虽然得兰、会州，但罪不可赦免。”神宗不同意，其后军队果然无功而返。神宗说“：朕开始认为孙固的话迂阔，现在后悔也来不及了。”
改任太中大夫、枢密副使，升任知枢密院事，因病辞官隐退，授官观文殿学士、知河阳，不久提举嵩山崇福宫。哲宗即皇帝位，以正议大夫的身份知河南府，移任郑州。元..二年(1087)，召授侍读、提举中太一宫，于是任门下侍郎。哲宗与太皇太后怜悯他年纪大，每次朝会参与礼节跪拜仪式，听任他在篷帐中休息。孙固多次请求告老辞官，太皇太后说：“你是先帝在东宫时的旧臣。现在皇帝刚听政，勉留你辅佐开导；有时身体不好，可以取文书在家治事。”孙固感激，勉强起来处理政事，恢复知枢密院事，累官右光禄大夫。元..五年(1090)，孙固去世，终年七十五岁。哲宗、太皇太后都失声哭泣。当时文彦博辞官回洛阳，将要在崇政殿设宴饯行，因孙固在丧期，取消了这一宴请。停止上朝二天，赠开府仪同三司，谥号叫“温靖”。
孙固忠诚纯粹存于心中，不喜欢假托高傲，与人同居，时间一长更受人信任，因此经历多次平安危险，而不被他人所憎恨迫害。他曾说“：人当以圣贤为老师，一节之士，不值得学习。”又说“：用爱父母的心去爱君主，那么就会无所不尽了。”司马光隐退待职，孙固每每劝神宗召回司马光；等到司马光任陈州知州，经过郑州，孙固与他议论天下大事多至几十条，说：“您将要当宰相，应视先后缓急审慎处理。”傅尧俞为他写墓志铭说“：司马公的清节，孙公的淳德，大概是所谓不言而信了。”当时人认为是中肯的结论。绍圣年间削夺遗留恩泽，元符二年(1099)，削夺所赠的官爵，列入元..党籍。政和年中，徽宗认为孙固曾经为神宗在东宫的僚臣，特地把他撤出元..党籍，全部归还所削夺的遗泽赠官。