2003年，孙宁从两千多人中几次的筛选，最终脱颖而出，出演个人电视剧处女作《金粉世家》，在剧中出演吴佩芳；同年，与黄晓明主演古装商战剧《龙票》，在剧中饰演祁家少奶奶关素梅。

2005年，在赵薇，陈宝国主演电视剧《京华烟云》中饰演温柔贤良的孙曼妮；同年，在全景式反映滇西地区抗战史诗的电视剧《滇西往事》中饰演民初期间的珠宝商千金林依人；同年，还出演了都市情感剧《临界婚姻》和青春言情剧《爱上天使》。

2006年，参与许绍洋、陈怡蓉主演的青春偶像剧《老鼠爱大米》；同年，与董洁，潘粤明主演年代剧《红衣坊》；之后，被导演周晓文钦点出演青春悬疑剧《逃亡香格里拉》的女主角；同年，参演电视剧《同年同月同日生》和《剑侠奇缘》。

2007年，与王学兵主演电视剧《忘不了》饰沈若兰；同年，在高希希指导的电视剧《男人底线》中饰演梁爽；同年，出演潘长江自导自演的电视剧《清凌凌的水蓝莹莹的天》。

2009年，孙宁与范伟合作都市题材剧《老大的幸福》，在剧中饰演优雅、贤惠、知书达理的“中国式好女人”梅好；同年，主演农村题材剧《清凌凌的水蓝莹莹的天》第二部；同年，和海清主演安徽电视台出品的电视剧《鲜花朵朵》 ；12月，领衔主演民国苦情剧《梨花泪》，在剧中饰演喜欢戏曲的票友叶如萍，最后却成为戏班的主演，电视剧《梨花泪》入围“Asian Content ExChange亚洲节目论坛。

2010年，与胡军、郭晓冬合作主演历史革命剧《风语》，在剧中饰演地下党员林蓉蓉。

2011年，再次与范伟合作悬疑喜剧电影《跟踪孔令学》，凭借此片获得首届巫山神女杯艺术电影周最佳女配角；5月，在历史战争剧《汉阳造》中饰演端庄艳丽，且极具智商的国民党女特工楚蝶；9月，参演抗战革命剧《游击兵工厂》。

2012年，参演催泪情感剧《最爱你的人是我》；7月，与涂松岩联袂主演都市家庭剧《离婚协议》杀青，在剧中饰演资质平平的普通女生于文雅。

2013年，与张涵予、黄渤、刘烨联袂主演抗日战争剧《火线三兄弟》，在剧中饰演田大林战友老钱的妻子王慧芸；3月，领衔主演公益电影《古路》；同年，在黑色幽默电影《一路狂奔》中饰演房地产女老板赵冰；同年，出演悬疑犯罪电影《记忆碎片》。

2014年8月，与靳东、种丹妮主演的年代悬疑情感剧《龙器》杀青。

2015年1月，联合段奕宏、马苏、富大龙出演的传奇年代剧《大连故事》杀青，该剧由高满堂担任总编剧，王滨执导；12月，在历史传奇剧《天下粮田》中饰演大家闺秀大扇子。

2016年6月，与王斑、吴迪主演的革命历史剧《毛泽东三兄弟》在央视8套播出，孙宁饰演毛泽东妻子杨开慧一角；7月，参演的古装传奇剧《特工皇妃楚乔传》在横店开拍，在剧中饰演地位仅次于皇后的魏贵妃。

2017年1月，领衔主演的年代史诗冀商剧《布衣天下》在北京杀青，在剧中饰演高阳纺织大王最宠爱的女儿王云锦；4月，以优秀毕业生的身份回到母校黑龙江艺术职业学院举行讲座；5月，孙宁做客的《影视风云》在BTV文艺播出。

2018年6月，参与录制北京卫视明星跨界音乐真人秀节目《跨界歌王第三季》。