2007年，孙心娅参加《新京报》举办的“北京宝贝”选拔赛，获得总决赛十佳、最具青春活力奖、采幽形象大使。

2008年，孙心娅参加第58届世界小姐大赛，获得北京大赛时尚站季军以及总决赛季军；同年，获得世界旅游小姐皇后大赛中国区第四名、最佳阳光小姐；10月，获得“亚洲小姐”京津赛区最佳口才奖。

2011年11月，孙心娅为女性杂志《女友》拍摄封面；同年，签约少女时尚杂志《新锐》，成为专属模特。

2014年3月，与殷果儿、李鹤楠等合作主演悬疑惊悚电影《床下有人2》，在片中饰演美术学院的女学生曾萍。

2015年，推出个人首支单曲《不懂》，这也是她首次填词的作品；4月，参演剧情电影《灰姑娘》。

2016年4月，出演由姚雨鑫执导的喜剧电影《护士也疯狂》；6月，与王自健、胡杏儿、袁成杰合作出演现代都市喜剧电影《一车四仆》；8月，与姚星彤，李贤宰合作出演青春时尚喜剧电影《假装看不见之电影大师》；10月27日，与吴晴、汤斯婷等合作主演的爱情喜剧电影《约爱风暴》上映。