在2004年的暑假期间，孙志翔报名参加了由华谊兄弟与湖南卫视共同策划并举办的“金鹰之星-华谊兄弟影视新星选拔赛”。尽管他此前从未接受过任何专业的表演训练，却意外地在比赛中脱颖而出，最终赢得了北京赛区的冠军头衔。这一结果也改变了他母亲的态度：原本坚决反对儿子放弃美术道路的母亲，在看到他的成绩与潜力后，逐渐转变立场，成为了他事业上坚定的支持者。事实上，当时仍在学习美术的孙志翔已经对未来的人生方向做出了新的抉择；于是在2006年，他从清华大学美术学院环境艺术设计专业顺利毕业之后，经由原华谊兄弟知名经纪人王京花的亲自引荐，正式踏入影视行业，开启了自己的演员生涯。
二零零七年十二月十七日，演员孙志翔正式开启了他的影视演艺生涯，其首部作品是担任男主角的剧情电影《唐碑记》。同年，他成功考入北京电影学院，成为零七级表演专升本班的一名学生，并在求学期间参与了剧情电影《这么近那么远》的拍摄。二零零九年十一月二十六日，他出现在家庭伦理题材电视剧《娘妻》中，与任天野、米凯莉等演员共同合作。二零一一年六月，孙志翔参与了古装传奇电视剧《香山奇缘》的演出，搭档演员包括傅艺伟、金巧巧等人。同年九月一日，他主演了由杨净如共同出演的年代电影《夺命锁》。紧接着在九月二十八日，一部由徐雯倩、陈垚与他共同出演的爱情网络剧《出招吧！小姐》于土豆网正式上线播出。二零一二年六月四日，他在一部警匪题材的电视剧《重案六组4》中进行了客串演出。七月，他又出演了一部悬疑惊悚风格的电视剧《迷物》。此外，他与立威廉、李昕岳联合主演的爱情喜剧电影《爱情三贱客》也在同年上映。二零一三年六月三十日，孙志翔参演了神话电视剧《天天有喜》，与陈浩民、穆婷婷等演员合作。同年十一月七日，他出演了刑侦悬疑电视剧《蓝蝶之谜》，并在剧中塑造了上海滩大明星金孝雏这一角色。也是在这一年，他与韩立、李羲儿合作，出演了都市爱情电视剧《爱嫁不嫁》，饰演了一位被称为“悲情”屌丝男的孙小虎。二零一四年一月十七日，孙志翔在爱情电视喜剧《爱情公寓4》中担任主演之一，与娄艺潇、陈赫等演员同台，饰演了产科医生司马健。六月六日，他参演的青春爱情电影《激浪青春》上映，该片由陈乔恩、黄晓明联袂主演。二零一五年十月二十一日，他出演了爱情偶像剧《三个奶爸》，与李晨、陈赫等演员合作。十二月二十一日，他又在都市青春励志剧《花火》中亮相，同剧演员包括朱梓骁、毛俊杰。二零一六年五月十三日，孙志翔出演了青春动作电影《拳皇高校》，合作演员有陈意涵、原维等。九月二十九日，他参演的古装传奇电视剧《兰陵王妃》播出，与张含韵、彭冠英等演员共同演出。二零一七年七月二十八日，一部由他与张蓝艺、李浩轩合作出演的恐怖电影《夜半凶铃》登陆影院。同年十二月七日，他与张梓荣、徐岑子共同主演的剧情动作电影《杨大郎智斗沙门寨》也正式上映。二零一八年七月十八日，孙志翔出演的青春校园偶像剧《我和两个他》播出，合作演员包括张子枫、熊梓淇等人。二零一九年十月，他主演了电视剧《格林威治时间》。二零二零年一月九日，一部由他与陶玉玲、周思竹共同主演的革命传奇电影《沂蒙之恋》上映。同年二月七日，他与文松、关婷娜主演的喜剧电影《天衣小裁缝》在各大网络平台全线上映。二零二二年六月一日，孙志翔与李凤鸣、邓钢联袂主演的公益题材电影《变形记之旭日东升》与观众见面。
作为在演艺界广为人知的演员，孙志翔无疑完全配得上这一称号。每一年中，他都有超过三分之二的时间全身心投入剧组工作，无论是刻苦练功、深入研读剧本，还是反复背诵台词，他都一丝不苟。而剩余的三分之一时间，他几乎都在奔波途中，不是赶往新的拍摄地点，就是穿梭于各地为作品进行宣传，其敬业精神堪称娱乐圈中的劳模典范。自毕业以来，孙志翔的戏约始终接连不断，从早年湖南卫视的《天天有喜》到近年来的《爱情公寓4》，这些作品都在众多影迷心中留下了深刻而持久的印象。也正因如此，网络上逐渐流传开“暖男孙志翔”这一亲切的称呼。随着《爱情公寓4》的播出，孙志翔获得了事业上再次向上攀升的重要契机，延续并深化了他在观众心中的暖男形象。这位外形俊朗的花样美男，其演艺事业发展一直受到大众媒体的广泛关注与报道，并得到了多家媒体的青睐与喜爱。他以一贯的温暖微笑和细腻柔情著称，被誉为新一代暖男的代表，凭借其招牌式的暖心笑容，在很短时间内便赢得了广大影迷，无论男女的普遍关注与喜爱。孙志翔的个人魅力与专业表现，持续吸引着公众的目光。