2014年，孙嘉灵参加周星驰电影《美人鱼》的角色甄选大赛，并在决赛中晋级进入6强，获得《美人鱼》的签约资格。2016年2月8日，由周星驰执导的喜剧片《➹1➷》上映，孙嘉灵凭借在片中饰演的快递员正式进入大众视线。
2017年1月，孙嘉灵出演由徐克执导的古装喜剧片《西游·伏妖篇》，在片中饰演了一位美艳的蜘蛛小妖；4月，与郑凯、邓莎等合作出演民国谍战剧《密查》，在剧中饰演一位充满青春活力和能量的小护士；随后，出演由余翠华执导的都市情感剧《为了你我愿意热爱整个世界》；同年，与鹿晗、舒淇合作主演科幻战斗电影《上海堡垒》，在片中饰演女二号路依依。
2018年，参演沉浸式成长恋爱剧《独家记忆》饰演女二号赵晓棠。
2019年11月，参与演唱中央电影频道青年演员计划主题曲《星辰大海》。
2021年，出演电影《我的姐姐》。
2021年12月27日，电影频道“星辰大海”青年演员优选计划正式发布2021年度入选名单。经前辈电影人推荐，孙嘉灵入选，顺利成为新一年度“星辰大海”成员。
2024年5月3日，参演的《请和这样的我恋爱吧》播出。
