1999年孙莉客串电视剧《达摩祖师》正式进入娱乐圈，同年参演首部电影《操心家长》，饰演黄老师。

2000年主演神话剧《天地传说之鱼美人》和侦探悬疑剧《神探科蓝》，分别饰演金牡丹和林皓颖；2002年孙莉和关咏荷、赵文卓等主演武侠剧《书剑恩仇录》播出，孙莉饰演女配角李沅芷。

2004年在胡歌、刘亦菲、安以轩等主演的神话剧《仙剑奇侠传》中饰演女娲后人青儿；2006年在《聊斋奇女子之宦娘》中饰演女一号宦娘；2009年参演琼瑶剧《新再见艳阳天》，饰演女一号谢秀巧，后退出娱乐圈。

1995年在读研究生期间，担任助教，与新生孙莉一见钟情。

2004年3月8日，与孙莉结束九年爱情长跑登记结婚。

2006年2月6日，女儿出生，小名黄多多，大名黄忆慈。2014年在电视剧《我爱男闺蜜》的发布会上，黄磊自曝二女儿已经出生，而且爱妻孙莉已经出月子了   。

2014年6月25日晚，黄磊老婆孙莉在微博晒出黄磊帮女儿多多缝衣服的照片，并调侃称：“慈父手中线！”微博曝光后，网友纷纷点赞，黄磊还获封“全能老爸”。

2014年7月10日，多多妈妈孙莉在微博上传的和女儿的合照，回馈自己粉丝上百万，图中小清新风格的母女二人让网友惊叹像姐妹。

2014年8月5日，黄磊妻子孙莉在微博上晒出了女儿多多坐高铁回家的照片。照片中，多多趴在窗上看风景，表情忧郁若有所思。许多网友见此心生怜惜，称：“多多总是有股忧郁的气质，好心疼”。

2015年9月28日，黄磊和孙莉在北京举办“相爱20周年”婚宴，二人穿着婚纱带着多多和二胎女儿一起拍摄全家福，一家人幸福美满。孙红雷等明星也在微博上送出祝福，他在微博上写道：“磊和孙莉结婚二十周年纪念日，祝福你们美好的爱情天长地久。”

2016年4月，孙莉晒出一张小女儿的正脸照。照片中，小小多穿着潮范紧身牛仔裤，搭配白色卫衣和编织帽。

2017年5月27日早上8点55分，黄磊妻子孙莉产下第三个孩子，是个男孩。

在《再见艳阳天》中，孙莉的把秀巧股子里的柔弱演绎的恰到好处，虽然大家觉得孙莉贵气重，不像农家女，但依然接受了角色的改变；（腾讯娱乐评价）

孙莉十分温柔内敛，在片场不演戏的时候总是静静的，即使笑也是小家碧玉型的，跟活泼外向的黄磊俨然两种性格。（新浪娱乐评价）