長孫熾，字仲光，上黨文宣王長孫稚的曾孫。
祖父長孫裕，西魏太常卿、冀州刺史。
父親長孫兕，北周開府儀同三司、熊絳二州刺史、平原侯。
長孫熾生性敏慧，容貌漂亮，頗讀群書，兼善武藝。
北周建德初，周武帝崇尚道法，尤其喜歡玄學，求取那些兼通經史、善於談論的人，為通道館學士。
長孫熾應其選，與英才們一起，讀書更多。
建德二年(573)，授他雍州倉城縣令，不久轉任周至縣令。
連任兩縣縣令，政績連連最突出，遷任崤郡太守。
入京為御正上士。
隋高祖為北周丞相時，提拔他任丞相府功曹參軍，加封大都督，封為陽平縣子爵，食邑二百戶。
升任稍伯下大夫。
這年王謙反叛，長孫熾隨信州總管王長述溯江而上。
王長述以長孫熾為前鋒，打破王謙所轄一鎮，平定楚州、合州等五州，俘虜偽總管荊山公元振。
他因功拜授儀同三司。
到隋高祖受周禪讓時，長孫熾率領部下先進宮中，清除雜人，即日授他內史舍人、上儀同三司。
不久以本官兼任東宮右庶子，出入兩宮，很被重用。
加上他做事很周密，高祖每每稱讚他。
授他左領軍長史，持節出使到東南道的三十六州，廢置州郡，巡視風俗民情。
還京後，授他太子僕，加任諫議大夫，兼任長安縣令。
他與大興縣令梁毗，都很稱職。
但梁毗以嚴正出名，長孫熾以寬厚公平出名，為政雖然不同，所轄地區都治得很好。
不久任右常平監，升任雍州贊治，改封饒良縣子爵。
後升任鴻臚少卿。
幾年後，轉任太常少卿，升任開府儀同三司。
又持節任河南道二十八州的巡省大使，在路上被授為吏部侍郎。
大業元年(605)，任大理卿，又為西南道巡省大使，巡視各地風俗。
提拔當戶部尚書。
吐谷渾進犯張夜，令長孫熾率騎兵五千打跑他們，追到青海而還，以功授銀青光祿大夫。
大業六年，煬帝幸江都行宮，留長孫熾在東都留守，仍執掌左侯衛將軍事。
這年在官任上去世，時年六十二歲。
謚號叫「靜」。
兒子長孫安世，任通事謁者。