2013年，孙怡正式以演员身份出道，并于次年出演了古装剧《芈月传》。2015年，孙怡主演的青春片《我的青春期》在全国上映  ，而该片则成为入围第28届东京国际电影节主竞赛单元的唯一华语作品；同年，其主演的爱情片《欢·爱》同样成为入围第32届圣丹斯国际电影节主竞赛单元的唯一中国影片  。

2016年，孙怡因主演青春剧《十五年等待候鸟》赢得更多关注 ；同年，她还凭借《欢·爱》获得第19届上海国际电影节亚洲新人奖最佳女演员，第11届华语青年影像论坛年度新锐女演员 。2017年，其主演的爱情剧《因为遇见你》获得全国同时段电视剧收视冠军。2018年，主演爱情剧《凉生，我们可不可以不忧伤》。