孙瑜在8岁半开始打羽毛球，并在大连市接受非正规的训练。其后，她的父母打探到南方学校的技术训练较佳，于是把她送到珠海市体校去。在体校期间，她参加了广东省青少年羽毛球赛，并在单打项目得到季军，得以到广州参与集训。经过两个月的集训后，她通过了队内选拔赛，在2005年2月正式进入了广东省羽毛球队。

2012年12月，孙瑜出战澳门羽毛球黄金大奖赛，在女单决赛以2比0（21-19、21-8）击败泰国的布桑兰·恩布鲁庞，夺得个人生涯首个成年组赛事冠军。

2014年5月17日，2014汤尤杯羽毛球团体赛在印度首都新德里举行。孙瑜不仅是此次比赛中国羽女单年龄最小的选手，同时也被总教练李永波视为女单后备力量的重点培养人物。20岁的孙瑜身高达到了1米85左右，是中国女单历史上的第一“高人”。

2015年4月，在2015世界羽联超级系列赛新加坡公开赛上，孙瑜决赛中与中华台北选手戴资颖相遇，尽管后者在过去三次交锋中都是孙瑜的手下败将，这次也以13比21丢掉首局，但是她不仅在次局4比9落后之下成功反超，决胜局还领先到20比17，握有三个赛点。眼看中国队与2015年首个超级赛女单冠军又要失之交臂，孙瑜却在绝境中突然爆发，在连得5分之后以22比20反败为胜。

2017年8月25日，2017年世界羽毛球锦标赛女单1/4决赛中，5号种子、中国选手孙瑜以14-21、9-21负于里约奥运亚军、印度名将辛德胡，无缘晋级四强。

2018年8月16日，孙瑜宣布退出国家队，之后代表深圳羽众参加了2018-2019年羽超联赛。

2019年2月12日，孙瑜微博上正式宣布退役。