孙茜曾经是武警部队的一名女兵。离开部队后孙茜考取了中国传媒大学表演系,毕业后进入北京人艺工作。
2004年,参演首部电视剧《逆水寒》;2005年,参演电视剧《马鸣风萧萧》。
2008年,在电视剧《爱在战火中》中担任女主角“兰花花”;11月,参演的电视剧《母仪天下》播出
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2009年,参演电视剧《雾柳镇》饰演热辣叛逆的女土匪“小妹”。2010年6月,参演刘小锋主演电视剧《尖刀》在山东、云南、河南、陕西四家卫视同步播出,饰演女主角万淑芬
;12月,参演胡军主演电视剧《金婚风雨情》,在剧中饰演胡军的妹妹耿玲
;在电影《给我一支枪》中饰演女主角雨婷,这是她的首部电影作品
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2011年,在电影《铁血丹心》中饰演宋庆龄
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2012年3月,由孙俪、陈建斌等主演的古装剧《后宫甄嬛传》开播,孙茜在剧中饰演崔槿汐一角,温婉智慧的槿汐姑姑给观众留下了深刻印象;7月,参演的电视剧《三进山城》播出,孙茜出演女特工钱华
;9月,在《长白山下我的家》里饰演善良贤淑的金贞淑
;12月,在与冯远征、杨立新主演的电视《怪医文三块》里饰演泼辣的北京大妞儿车菊花
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2014年1月,参演由孙红雷、海清主演的战争大戏《二炮手》,在剧中饰演杨巧儿
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2014年3月,主演都市情感电视剧《婚战》,与王志飞搭档夫妻,饰演妇产科医生谢婉婷。
2014年5月,与刘小锋、蒋勤勤主演的电影《一号目标》上映
,在片中饰演红色女特工何海宁。
2015年11月30日,出演由郑晓龙导演指导的电视剧《芈月传》,饰演向氏一角。
2016年4月,客串重大革命历史题材电视连续剧《红星照耀中国》,饰演上海地下党政治局办事处负责人朱端绶
。11月,,参演的电影《一句顶一万句》上映,在片中饰演章楚红
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