孙嘉璐从小学舞蹈，2012年，考入北京电影学院表演专业。2014年，当孙嘉璐还是学生时，就参与了谍战剧《孤战》的演出，在剧中扮演冯恩鹤老师的女儿。
2015年3月，参演由马鲁剑执导的民国悬疑剧《浴血重生》，在剧中饰演的黄仪佳与乔振宇扮演的谭振刚是青梅竹马的恋人，而她也因此正式开始演艺生涯；同年，参演黔南形象宣传系列微电影《夏日朵朵》；6月，参演由潘小杨执导的家庭伦理剧《未婚爸爸》，饰演一位美国长大的富家女黎珊珊；10月，与钱泳辰、斯琴高娃合作主演了农村题材类电视剧《苦乐村官》，在剧中饰演女一号梅花。2016年，参演都市情感剧《爱归来》，饰演海归设计师高明慧，与王耀庆饰演的高明修是同父异母的兄妹，是一位胜负欲强烈的职场女生；7月，搭档郑智薰、宋茜出演青春偶像剧《八月未央》，在剧中饰演rain同父异母的妹妹沈金贝；同年，与邓家佳、明道合作主演现代都市剧《最亲最爱的人》，在剧中饰演卢景儿。2017年1月，与苗圃、王雅伦、刘钇彤合作出演的年代抗战剧《孤战》播出，在剧中饰演清新、活力的丹丹。