2007年3月，参加湖南卫视“快乐男声”节目，止步于西安赛区六强；10月在录音师推荐下，与音乐人小柯见面试音；首度演出音乐剧《凭什么我爱你》即担任男主角，开始朝音乐剧方面发展。
2008年5月，参与录制小柯制作的赈灾歌曲《相信》。2009年1月进入小柯音乐学校学习，毕业后获得小柯精品new star活动最佳表现奖；10月参加北京电视台庆祝国庆60周年歌舞大赛，获得第五期冠军；12月担任清华大学校园歌手大赛评委，并现场演唱《我的爱情在哪里》。
2010年1月，参加音乐剧《凭什么我爱你》全国巡演，包括重庆，武汉，深圳，东莞等共20场演出；3月参演开心麻花音乐剧《白日梦》，并饰演男主角“席太岚”；6月录制《小柯自选集》，演唱由小柯词曲创作的歌曲《多想把我唱给你听》。
2010年参加《超级星光大道》。比赛期间，孙伯纶以一曲《一个人的天荒地老》拿到星光七班首位满分，最终荣获亚军。亚军的头衔并未让孙伯纶获得唱片合约，随后他返回北京，演艺工作仍以驻唱和音乐剧为主。
2011年7月，开始音乐剧《三毛流浪记》全国巡演；11月凭借《三毛流浪记》里饰演的牢头老陈一角获得广东省音乐剧节表演奖。
2012年9月，参加东方卫视《声动亚洲》节目，晋级中国区前六强，并参加亚洲区比赛；在亚洲区比赛他也取得了前六强的成绩；11月4日参加央视《我要上春晚》特别节目《直通春晚》，和常石磊、刘雪婧一起演唱《High歌》。
2014年参加深圳卫视《中国音超》比赛，获得最具发展潜力奖。
2015年6月28日，“唱出时代经典，追忆似水年华”，江西卫视金曲互动沙龙秀《超级歌单》上，实力唱将孙伯纶作为首期新生代挑战歌手，大胆改编演唱经典金曲《爱如潮水》，现场叫板原唱张信哲。与原唱张信哲不同的是，孙伯纶将情歌《爱如潮水》改成了摇滚版，乐队伴奏上则将吉他提升为首席乐手，再加上孙伯纶富有磁性的嗓音，一首曲风哀婉的“张氏情歌”脱胎换骨变得激情四射、能量十足。
2015年7月24日，参加《中国好声音》第四季盲选第二期，孙伯纶演唱了一首老歌《如果你也听说》。
孙伯纶慈善晚会传递公益理念 专辑筹备中