主要经历
2004年6月，进入浙江省游泳队，师从朱志根教练。
2007年1月，正式进入国家游泳队，5月，佛山全国游泳冠军赛上，分别斩获1500米自由泳冠军和400米自由泳亚军。
2008年，北京奥运会，在男子1500米自由泳中闯入决赛，获得第八名。这是他首次参加奥运会，也是首次在世界大赛中闯入决赛。
2009年，罗马世界游泳锦标赛，在男子1500米自由泳决赛摘得铜牌，也收获了世界大赛中的第一枚奖牌。
2010年，广州亚运会，在男子200米自由泳和男子400米自由泳比赛中摘得两块银牌。在男子4x200米自由泳接力决赛中，与队友合作夺得冠军，获得个人第一枚亚运金牌，首次在亚运会上摘得男子游泳接力金牌。在男子1500米自由泳决赛中，以14分35秒43的成绩夺冠，并打破亚洲纪录。
2012年，伦敦奥运会，在男子400米自由泳决赛中以3分40秒14的成绩打破该项目奥运会纪录，夺得冠军，并改写中国男子游泳项目无金牌的历史，成为中国第一个男子游泳奥运冠军。男子1500米自由泳比赛，以14分31秒02的成绩摘得金牌，并再次打破世界纪录。
2013年，巴塞罗那世界游泳锦标赛，摘得男子400米自由泳金牌，在男子800米自由泳、男子1500米自由泳两个项目中成功卫冕。荣获2013年，巴塞罗那世锦赛最佳男子运动员，这也是亚洲运动员首次获得该荣誉。
2014年，仁川亚运会，在男子400米自由泳决赛中，获得金牌。男子1500米自由泳决赛，成功卫冕该项目冠军。
2015年，喀山世界游泳锦标赛，在男子400米自由泳决赛成功卫冕，男子800米自由泳决赛中成功卫冕，实现世锦赛男子800米自由泳三连冠。再次获得世锦赛最佳男运动员（MVP）奖项，也是首次蝉联该奖项的亚洲运动员。
2016年8月9日，在男子200米自由泳决赛中夺冠。至此，成为历史上第一位集男子200米自由泳、男子400米自由泳、男子1500米自由泳奥运会金牌于一身的游泳运动员，同时他还是中国第一位连续两届奥运会摘取金牌的游泳运动员。
2017年，布达佩斯世界游泳锦标赛，在男子400米自由泳决赛夺得冠军，实现三连冠。男子200米自由泳决赛中，以1分44秒39的赛季最好成绩夺魁，同时创造了新的亚洲纪录，这也是他首次获得该项目的世锦赛冠军。此战之后，成为世界上首位在男子200米、400米、800米、1500米中长距离自由泳上全部夺取过世锦赛金牌的选手——大满贯成就达成。
2018年，雅加达亚运会，在男子200米自由泳决赛夺冠，同时实现了横跨男子200米自由泳至男子1500米自由泳项目的世界大赛金满贯。随后在男子800米自由泳决赛中再次摘取金牌。男子400米自由泳决赛中，卫冕成功。男子1500米自由泳决赛中获得冠军，并首次实现在同一届国际大赛中，同时夺得横跨短中长距离自由泳项目的冠军。
2019年，光州世界游泳锦标赛，在男子400米自由泳决赛中夺得金牌，豪取世锦赛400米自由泳四连冠，成为该项目历史第一人。两天后的男子200米自由泳决赛中成功卫冕，摘得本届赛事个人第二枚金牌。
2024年4月24日，孙杨工作室正式官宣，其已经正式恢复训练。在全国夏季游泳锦标赛男子400米自由泳决赛中获得冠军，收获了自己解禁复出之后的首冠。
获奖记录
2025年，全国游泳冠军赛男子4x200米自由泳接力冠军。
2025年，全国游泳冠军赛男子400米自由泳项目季军。
2025年，全国春季游泳锦标赛男子400米自由泳银牌。
2024年，全国夏季游泳锦标赛男子400米自由泳冠军。
2019年，光州世界锦标赛男子200米自由泳冠军。
2019年，光州世界游泳锦标赛男子400米自由泳冠军。
2017年，布达佩斯世界游泳锦标赛男子200米自由泳冠军。
2017年，布达佩斯世界游泳锦标赛男子400米自由泳冠军。
2016年，里约热内卢奥运会男子200米自由泳冠军。
2015年，喀山世界游泳锦标赛男子800米自由泳冠军。
2015年，喀山世界游泳锦标赛男子400米自游泳冠军。
2013年，巴塞罗那世界游泳锦标赛男子1500米自由泳冠军。
2013年，巴塞罗那世界游泳锦标赛男子800米自由泳冠军。
2013年，巴塞罗那世界游泳锦标赛男子400米自由泳冠军。
2012年，伦敦奥运会男子1500米自由泳冠军。
2012年，伦敦奥运会男子400米自由泳冠军。
2011年，上海世界游泳锦标赛男子1500米自由泳冠军。
2011年，上海世界游泳锦标赛男子800米自由泳冠军。
人物评价
中国有很多优秀的运动员，比如刘翔他不仅仅是中国的明星，同时也是世界的明星。我希望他能够在这次伦敦奥运会上有很好的表现。除了他之外，还有很多新星，也表现出了自己的潜力，比如孙杨，在游泳世界杯的时候就引起了我的关注，也势必会引起世界的关注。（国际奥委会主席罗格 评）
很有幸几乎看了所有游泳比赛，我敢说孙杨1500米能游进14分25秒，毫无疑问。他才华如此出众，他的姿势、划水动作几乎无瑕。（菲尔普斯 评）
有着40年历史的游泳世锦赛，第一次把“最佳男子游泳运动员”的奖项颁发给了中国游泳。获得这份殊荣的孙杨，已无可置疑地成为与罗切特、富兰克林比肩的世界泳坛巨星。（新华社 评）
孙杨的运动成就足以超越姚明、刘翔、李娜，只是接踵而至的负面事件遮掩了他的实际光芒，只是甚嚣尘上的外界烦扰制约他变得更强，他本该更有名气、更具实力。（大公体育杨华 评）