孙玉洁1992年出生于辽宁省鞍山市，父母都不是从事体育项目，从上小学开始，她便开始接触体育，最先接触的是游泳，因为爆发力不好，并没有成为一名游泳选手。她叔叔有个叫王威的同学是鞍山市体校击剑教练，他非常看好这个小姑娘练习击剑。8岁那年，孙玉洁走进了击剑的世界。

2011年3月，国际击剑联合会重剑大奖赛莱比锡站，

 在比赛中孙玉洁先以15：6大胜俄罗斯人塞雷济娜，接着又以15：9胜博斯卡雷莉，随后以15：10胜弗拉索娃，一口气杀入八强。8进4的比赛中，孙玉洁遭遇到了洛格诺娃，孙玉洁以15：10拿下比赛，在半决赛中，孙玉洁以11：12遗憾负于西弗科娃，最终获得第三名 。10月世界击剑锦标赛，在女子重剑半决赛中，孙玉洁以15：14战胜罗马尼亚选手布兰扎 ，在决赛中以7：13不敌李娜获得银牌 。

2012年2月，击剑世界杯女子重剑个人赛匈牙利站比赛，在首轮孙玉洁以15：13艰难战胜爱沙尼亚选手贝尔加耶娃，第二轮，孙玉洁遭遇了北京奥运冠军海德曼以12：15被淘汰，最终获得第17名。  3月，女子重剑世界杯西班牙站，孙玉洁前两轮分别以15：7和15：8的大比分战胜对手，在16进8的比赛中孙玉洁以11：10险胜对手，8进4的比赛，孙玉洁15：11击败爱沙尼亚选手埃姆布里奇，在半决赛中，孙玉洁以8：10不敌罗马尼亚的布兰扎，无缘决赛，最终获得第三  。4月，在亚洲击剑锦标赛决赛中，孙玉洁以13：15不敌申雅岚获得亚军  。7月31日，在伦敦奥运会击剑女子重剑个人赛铜牌争夺战，孙玉洁以15：11击败了韩国选手申雅岚 ；8月5日，伦敦奥运会展开女子团体重剑比赛角逐。在决赛中，孙玉洁与李娜、许安琪组成的中国队最终以39：25战胜韩国队，获得冠军。这枚金牌也是中国击剑队获得的第一枚女子重剑奥运会金牌  。

2013年3月，国际剑联世界杯巴塞罗那站团体赛，孙玉洁领衔的中国队在决赛以45：36击败俄罗斯队，获得冠军，在个人赛，孙玉洁仅获得第九名 。4月，国际剑联世界杯系列赛徐州站，孙玉洁首战以14：10战胜卢森堡选手法茨，接着又以15：8战胜中国香港的郑玉娴，再以15：10战胜法国人雅奎斯，顺利进入八强。八进四比赛孙玉洁以15：12战胜松赞斯卡杀入四强。半决赛中孙玉洁以11：15不敌韩国选手曹恩璟，最终获得第三  。5月，国际剑联女子重剑世界杯系列赛里约热内卢站，在个人赛中孙玉洁在半决赛中以11：15不敌韩国选手申雅

岚，最终获得第三名。在团体赛中，获得金牌  。9月，第十二届全运会击剑比赛女子重剑个人赛中，代表辽宁队出站的孙玉洁以10：15不敌山西队员郝佳露止步16强  。10月东亚运动会女子重剑决赛，孙玉洁以8：7的比分战胜韩国选手玉真实获得冠军  ；在之后进行的女子重剑团体决赛，孙玉洁与孙一文、尹明芳组成的中国队以45：26横扫韩国队获得团体金牌 。

2014年1月，女子重剑世界杯卡塔尔站团体决赛中，孙玉洁与许安琪、尹明芳和孙一文组成的中国队以18：19惜败罗马尼亚队，获得亚军 。5月，在女子重剑世界杯巴西站决赛中，孙玉洁领衔的中国队以43：44不敌法国队，获得团体亚军 。9月，仁川亚运会击剑比赛女子重剑个人赛，孙玉洁以6：5战申雅岚，获得金牌  ；在团体赛决赛中，孙玉洁领衔的中国队以43：19击败了韩国队，获得了她在仁川亚运会上的第二枚金牌  。

2015年5月，在国际剑联重剑大奖赛布达佩斯站中，孙玉洁在四分之一决赛中以14：15惜败于俄罗斯选手洛古诺娃，最终名列第五位  。7月，世界击剑锦标赛女子重剑团体决赛中，孙玉洁与许安琪、孙一文、郝佳露组成的中国队以45：36战胜罗马尼亚队，获得冠军  。

2016年4月13日，亚洲击剑锦标赛女子重剑个人赛中，孙玉洁以15比7战胜许安琪获得冠军  。

2016年8月6日，在里约奥运会女子重剑个人赛中，以10-15输给了韩国选手康映美，无缘16强。 

2016年8月12日，里约奥运会女子重剑团体赛决赛，中国队以38-44不敌罗马尼亚，卫冕失败，获得银牌。

2017年8月，第十三届天津全运会击剑比赛，女子重剑个人赛，孙玉洁获得铜牌。

2012年12月8日，孙玉洁出席了在俄罗斯莫斯科举行的国际击剑联合会年度世界第一颁奖典礼。

2013年1月，孙玉洁当选“十二运会”形象大使 。

2016年9月10日，重庆万盛国际跑步节暨CCTV体坛风云人物全民健身公益跑于重庆市万盛经济技术开发区青山湖湿地公园顺利开展。孙玉洁等重量级嘉宾助阵现场。