孙升于嘉靖四年（1525）乡试中举，十年后位列一甲，授翰林编修。嘉靖二十二年（1543)，以纂辑誊写《累朝御制文集》、《圣学心法》及《五经四书性理大全》成，受赐白金十两。嘉靖二十四年(1545)，续纂《大明会典》，嘉靖二十五年（1546)，出任应天府乡试考官。升国子监祭酒，历任礼部左、右侍郎，改吏部。
当时严嵩柄国，孙升为其门生，但他无所附丽。嘉靖三十六年(1557)，南京礼部尚书缺员，众翰林都不愿前往，只有孙升请求去南京赴任。
孙升生性恬淡，尤淡泊进取。居官被服雅素，从不言人过，时称笃行君子；平日家居除读书、考古之外，绝不参与其他人的事。惟以水旱、寇贼之患而替老百姓担忧，以至写诗讽谏当事者。
孙升十分注重家教。他常常教训子女不要专事文艺，一定要以名节为重，他的四个儿子皆先后举进士位至通显。
孙升的父亲孙燧是明朝的大忠臣，曾被宁王朱宸濠谋害。孙升遂终生不书“宁”字，也不为人做寿文。孙升的大哥孙堪是嘉靖五年（1526）的武状元，二哥孙墀官至尚宝卿，他们兄弟被世人称为“三孝子。”余姚孙氏一族也可以说是集文、武、忠、孝于一门。
孙升在南京任职三年后卒，享年60岁。赠太子少保，谥文恪。