- 1948年孙家栋考入哈尔滨工业大学预科。
- 1951年被空军选派到苏联莫斯科茹科夫斯基空军工程学院学习飞机、设计维修及管理。
- 1958年毕业，获得全苏斯大林金质奖章。回国后被分配到国防部第五研究院一分院从事导弹原创工作。
- 1960年孙家栋担任型号总体主任设计师。
- 1967年参加领导中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”以及第一颗返回式遥感卫星。
- 1970年4月24日，“东方红一号”发射成功。
- 1971年任总体设计师的“实践一号”卫星发射成功。
- 1975年任总体设计师的第一颗返回式遥感卫星发射成功。
- 1980年获七机部劳动模范称号，1984年荣立航天部一等功，1985年获两项国家科技进步奖特等奖。
- 1982年孙家栋任航天部总工程师。
- 1984年，作为总设计师领导中国第一颗同步试验通信卫星“东方红二号”发射成功。
- 1985年任航天部副部长。
- 1986年任中国第二代卫星“东方红三号”，“风云二号”、中巴合作第一颗地球资源卫星总设计师。
- 1989年担任中国火箭进入国际市场谈判代表团团长，参加中美两国政府间的国际商业发射服务协议谈判。
- 1988年孙家栋当选国际宇航科学院院士，1992年当选中科院院士，1996年当选国际欧亚科学院院士。1999年被授予两弹一星功勋奖章。
- 曾任东方红一号、实践一号、返回式遥感卫星的技术总负责人，作为东方红二号、三号试验通信卫星、资源一号卫星、北斗一号导航卫星、中星22号卫星工程的总设计师，主持制定卫星总体方案，现担任绕月工程总设计师，并任风云二号气象卫星、环境一号卫星和鑫诺二号大容量通信卫星工程的总设计师。
- 1999年被国家授予“两弹一星”功勋奖章。
- 2003年任中国探月工程总设计师。
- 2009年2月受广西壮族自治区人民政府聘请出任桂林电子科技大学名誉校长。
- 2010年1月11日，在国家科学技术奖励大会上，获得2009年度国家最高科学技术奖。
孙家栋，男，辽宁省复县人，1929年生，中共党员，运载火箭与卫星技术专家，中国科学院院士，国际宇航科学院院士，是第七届、第八届、第九届全国政协委员。
在中国的航天史上，孙家栋是中国第一枚导弹总体、第一颗人造地球卫星、第一颗遥感探测卫星、第一颗返回式卫星的技术负责人、总设计师，是中国通信卫星、气象卫星、资源探测卫星、北斗导航卫星等第二代应用卫星的工程总师，是中国探月工程总设计师，是中国科学院院士，中国“两弹一星”功勋科学家，孙家栋的传奇人生与中国航天发展中的多个第一密切相连。
2009年4月15日0时16分，孙家栋在西昌卫星发射中心参加指挥的北斗导航定位卫星发射任务又一次获得圆满成功。这是中国自主研制发射的第100个航天飞行器，这之中孙家栋担任技术负责人、总师或工程总师的就有34颗，在他领导下所发射的卫星奇迹般地占整个中国航天飞行器的三分之一。孙家栋亲历、见证、参加、领导了中国航天从起步到目前为止的全部过程。孙家栋曾经动情地说：“搞了一辈子航天，航天已经像我的"爱好"一样，这辈子都不会离开了。”
2010年1月11日上午，国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行，大会颁发了2009年度国家最高科学技术奖，获奖者为谷超豪、孙家栋两位院士。胡锦涛为他们颁发奖励证书。该奖自2000年设立以来，已有14位科学家荣膺这一奖项，他们是吴文俊、袁隆平、王选、黄昆、金怡濂、刘东生、王永志、吴孟超、叶笃正、李振声、闵恩泽、吴征镒、王忠诚、徐光宪。