北齐国子博士孙灵晖之子。十四岁时跟随阜城熊安生学五经，通达概略，涉猎诸子、史书。擅长文章、谈论丰美，博陵李德林很肯定他。十七岁时任北齐奉朝请，阳休之属下开府行参军。

隋朝建立，滕王杨瓒召他担任文学，因为衣冠不整获罪，流放防守江南。行军总管宇文述召他主管军中书简。孙万寿书生气质浓厚，在军中郁郁不得志，作「远戍江南寄京师亲友」五言诗送给长安的友人，这首诗在当时流行，很多人把他写在墙壁上。

后来回归，十数年不得任用。601年（仁寿元年），豫章王杨暕召他为长史。604年（仁寿四年）杨暕封为齐王，孙万寿为齐王文学。当时，诸王属官很多被族灭，孙万寿内心不安，称病辞职。很久之后，担任大理司直，在官任上去世，享年五十二岁。《文集》10卷流行于世。