孫楚字子荊，太原中都人。祖父孫資，魏國的驃騎將軍。父親孫宏，南陽太守。孫楚才氣辭藻卓絕，爽朗超逸不合群，多所欺凌怠慢，缺少同鄉里的讚譽。四十多歲，才參加鎮東軍事。
文帝司馬昭派苻劭、孫郁出使吳國，將軍石苞讓孫楚給孫皓寫信..苻劭等人到了吳國，不敢把書信遞上。
孫楚後來遷任佐著作郎，又參加石苞驃騎軍事。孫楚既依仗才氣，對石苞很是侮慢瞧不起，當初到任，作一個揖說：「天子讓我參知你的軍事。」因此便產生了隔閡怨隙。石苞陳奏孫楚與吳國人孫世山一起譭謗時政，孫楚也上表自我辯解，紛爭多年，事未判決，又與鄉閭人郭奕爭執。武帝雖然沒有公開治他的罪，但也因微賤之事受責，便經年累月廢置無聞。當初，參軍不敬重府主，孫楚輕視石苞，於是制定了對府主施敬的條例，這是從孫楚之事後開始的。
征西將軍、扶風王司馬駿與孫楚是舊友，起用為參軍。轉任梁縣令，升為衛將軍司馬。當時龍在武庫的井中出現，群臣將要上表祝賀，孫楚上言道：「不久前聽說武器庫的井中有兩條龍，群臣中有人認為是吉祥之兆而祝賀，有人認為是凶兆而不應祝賀，可算是楚國已經錯了，而齊國也未必對。龍有時潛伏深淵，有時遨遊於雲漢蒼穹，如今蟠曲在井中，與蛙蝦相同，哪裡只是管庫的士人中有的隱伏，差役中的賢人埋沒在行伍之中呢？所以說龍呈現出光輝，使人有所感悟。希望陛下赦免小餅失，舉薦賢才，托夢傅公巖，盼望渭水邊，修治學官，起用滯留不升之人，命令公卿，舉拔可以使民風淳厚的節操高尚的君子，又推薦可以治理煩亂正世直言的才能出眾的俊才，不要有世族關係的，一定要首先選拔隱逸貧賤之人。那作戰攻取之事，兼併統一之威，五伯之事，只是韓信白起的功業罷了；而制禮作樂，闡發並弘揚大道的教化，才是士人出筋力的時候啊！希望陛下選用狂夫之言。」
惠帝初年(290)，任馮翊太守。元康三年(293)死去。
當初，孫楚與同郡人王濟友善，王濟為本州大中正，訪問者評定邑人品類情況，問到孫楚，王濟說：「這個人不是你所能目測的，我親自來測定。」便把孫楚評定為：「天才英博，亮拔不群。」孫楚年少時想隱居，對王濟說：「我要枕石漱流。」錯誤地說成「漱石枕流」。王濟說：「流水不可枕，石頭不可漱。」孫楚說：「之所以用流水為枕，是要洗耳；之所以用石頭漱口，是要砥礪牙齒。」孫楚年幼時所推崇佩服的，只有王濟。當初，孫楚為妻子服喪期滿，作詩給王濟看。王濟說：「不知道文生於情，情生於文，看後淒涼悲傷，更加看重夫婦之情。」
孫楚有三個兒子：孫眾、孫洵、孫纂。孫眾和孫洵都未入仕便早死，只有孫纂的兒子孫統、孫綽都知名。