孙楚字子荆，太原中都人。祖父孙资，魏国的骠骑将军。父亲孙宏，南陽太守。孙楚才气辞藻卓绝，爽朗超逸不合群，多所欺凌怠慢，缺少同乡里的赞誉。四十多岁，才参加镇东军事。
文帝司马昭派苻劭、孙郁出使吴国，将军石苞让孙楚给孙皓写信..苻劭等人到了吴国，不敢把书信递上。
孙楚后来迁任佐著作郎，又参加石苞骠骑军事。孙楚既依仗才气，对石苞很是侮慢瞧不起，当初到任，作一个揖说：“天子让我参知你的军事。”因此便产生了隔阂怨隙。石苞陈奏孙楚与吴国人孙世山一起毁谤时政，孙楚也上表自我辩解，纷争多年，事未判决，又与乡闾人郭奕争执。武帝虽然没有公开治他的罪，但也因微贱之事受责，便经年累月废置无闻。当初，参军不敬重府主，孙楚轻视石苞，于是制定了对府主施敬的条例，这是从孙楚之事后开始的。
征西将军、扶风王司马骏与孙楚是旧友，起用为参军。转任梁县令，升为卫将军司马。当时龙在武库的井中出现，群臣将要上表祝贺，孙楚上言道：“不久前听说武器库的井中有两条龙，群臣中有人认为是吉祥之兆而祝贺，有人认为是凶兆而不应祝贺，可算是楚国已经错了，而齐国也未必对。龙有时潜伏深渊，有时遨游于云汉苍穹，如今蟠曲在井中，与蛙虾相同，哪里只是管库的士人中有的隐伏，差役中的贤人埋没在行伍之中呢？所以说龙呈现出光辉，使人有所感悟。希望陛下赦免小饼失，举荐贤才，托梦傅公岩，盼望渭水边，修治学官，起用滞留不升之人，命令公卿，举拔可以使民风淳厚的节操高尚的君子，又推荐可以治理烦乱正世直言的才能出众的俊才，不要有世族关系的，一定要首先选拔隐逸贫贱之人。那作战攻取之事，兼并统一之威，五伯之事，只是韩信白起的功业罢了；而制礼作乐，阐发并弘扬大道的教化，才是士人出筋力的时候啊！希望陛下选用狂夫之言。”
惠帝初年(290)，任冯翊太守。元康三年(293)死去。
当初，孙楚与同郡人王济友善，王济为本州大中正，访问者评定邑人品类情况，问到孙楚，王济说：“这个人不是你所能目测的，我亲自来测定。”便把孙楚评定为：“天才英博，亮拔不群。”孙楚年少时想隐居，对王济说：“我要枕石漱流。”错误地说成“漱石枕流”。王济说：“流水不可枕，石头不可漱。”孙楚说：“之所以用流水为枕，是要洗耳；之所以用石头漱口，是要砥砺牙齿。”孙楚年幼时所推崇佩服的，只有王济。当初，孙楚为妻子服丧期满，作诗给王济看。王济说：“不知道文生于情，情生于文，看后凄凉悲伤，更加看重夫妇之情。”
孙楚有三个儿子：孙众、孙洵、孙纂。孙众和孙洵都未入仕便早死，只有孙纂的儿子孙统、孙绰都知名。