1970年,孫彥軍在巴彥港鎮干了3個月的臨時工,隨后便被招工到大慶在油田采油。1972年春,孫彥軍被抽調到總廠參加排演大型話劇《年輕的一代》,飾演老干部林堅,這是其第一次接觸到話劇。1973年3月,孫彥軍考入中央五七藝術大學戲劇學院表演系。1976年畢業后進入大慶油田文化站。1979年調入中國青年藝術劇院擔任演員。

1979年,孫彥軍與馮漢元,張秀芳等主演了反映農民問題的話劇《金鑰匙》,在劇中扮演了引導鄉親脫貧致富的農村復員軍人形象。1980年,孫彥軍主演了法國作家埃·羅希萊斯的話劇《蒙塞拉》,扮演頭號反面人物“伊斯基耶多”,一位殘暴卻又狡猾的殖民統治者,憑此角色獲得文化部青年演員表演二等獎。1981年,孫彥軍與魏巍,楊蓉等主演了故事片《明天回答你》；隨后又主演了古裝舞臺劇《老風流鎮》,該片是其唯一一出主演過的古裝舞臺劇,其飾演了倜儻灑脫的欽差“范無塵”。1984年,參演了由林世芳,徐雷,郭珊珊等主演的反映當代紡織女工生活的話劇《街上流行紅裙子》,孫彥軍在劇中飾演正直,真誠又善解人意的民警“董曉勤”。1986年,孫彥軍主演了話劇《死罪》,飾演一位愛國將領張自忠身邊的驍將,是戰場上英雄,又是劣跡不除的狗熊的雙重性悲劇人物“孫二勇”。1988年,搭檔巫剛,孫飛虎,主演了彩色故事片《刺殺汪精衛》,孫彥軍飾演漢奸汪精衛。1990年,參演了由儲智博,婁際成,申軍誼主演的劇情片《兵臨絕境》,孫彥軍飾演梁皖育。1994年10月23日,根據中國古典文學四大名著之一的《三國演義》改編的同名電視劇首播,孫彥軍與唐國強,鮑國安,陸樹銘,李靖飛等共同主演,其在片中飾演蜀漢的開國之君“劉備”。孫彥軍日常照1995年,孫彥軍與陸玲,劉琳,王輝,潘婕等主演了電視劇《反貪局長》,飾演反貪局長“肖劍”。1997年,與陸樹銘,李靖飛,吳曉東等再度合作,主演了歷史劇《孫武》,孫彥軍不但在劇中飾演主人公“孫武”,還與張中一共同擔任了導演一職。1999年6月8日,孫彥軍與陸樹銘,寇振海,陶紅,胡靖釩等主演的《在這個家庭里》在北京海淀劇院演出,該劇是孫彥軍的話劇告別演出,從此其退出舞臺。2000年9月,孫彥軍辭去中國青年藝術劇院副院長一職,就任由香港亞視與寶光度假娛樂公司聯合創辦的廣東亞視演藝職業學院院長。2005年,孫彥軍重返影視圈,主演了以2008年北京奧運會為背景的商戰劇《巨人游戲》,在劇中出演大反派廣通房地產公司總裁“胡四海”。2010年,參演了由趙浚凱,劉國彤執導,董勇,王學兵,趙子惠等主演的抗戰題材電視劇《平原槍聲》。2011年,與陸樹銘,李靖飛再度聚首,參演了由趙鐳執導,徐颯,劉曉虎等領銜主演的古裝神話傳奇劇《香山奇緣》,孫彥軍在劇中飾演忠臣“鄭國公”。

孫彥軍的父親是一名軍人在其10歲時去世,母親在其18歲時去世。孫彥軍兄弟姐妹共4人。

三國演義劇照在法國作家埃·羅希萊斯的《蒙塞拉》中,孫彥軍扮演頭號反面人物伊斯基耶多。他自己在“丑化”劊子手的過程中,把握了人物的“悖理”心態,使舞臺形象抹去了演反派人物概念的色彩。而在《死罪》的舞臺上,孫彥軍除了充分強化形體動作外,更充分地外化人物矛盾,苦澀的內心世界,出色地把握了人物雙重自我的表演。孫彥軍版劉備非常符合小說中“哭出”江山的形象,他將劉備的仁義,善良和偶爾的優柔寡斷演繹的非常到位。