孙秀是
孙吴武烈皇帝
孙坚第四子
孙匡之孙，长水校尉
孙泰之子，与吴末帝
孙皓是堂兄弟。孙秀早期任孙吴
前将军、夏口督，于任内甚有声威恩泽。孙秀身为宗室至亲而拥兵在外，孙皓很是不安。
吴
建衡二年（270年）九月，孙皓派
何定带着五千名士兵在夏口打猎。之前，民间流传着孙秀早晚会被人算计的说法，孙秀得知后惊慌失措，夜里带着妻子儿女及亲兵几百人（一作“部曲二千余人”）投奔西晋。一说，孙皓忌惮孙秀，打算除掉他，因此遣何定溯江而上，对外声称是要捉三千头鹿用来做食物。孙秀闻知此事，于是归顺晋朝。
晋泰始六年（270年）十二月，孙秀正式降晋，晋武帝
司马炎任命孙秀为
骠骑将军、
交州牧、
开府仪同三司，封爵会稽公。当时，
贾充担任车骑将军，司马炎以他为旧臣，打算让车骑将军位在骠骑之上，但因贾充再三辞让而止。孙皓得知孙秀降晋后大怒，将孙秀改姓为厉。
太康元年（280年），群臣听到孙皓投降、吴国已平定的消息，都去庆贺，为武帝祝寿。孙秀称病不去，面朝南方流泪说：“从前，讨逆将军（
孙策）刚满二十岁，以一个
校尉的身份创下了基业，如今后主把整个江南之地都抛弃了，宗庙陵墓从此将成为废墟，悠悠青天啊，这究竟是谁造成的啊！”因此得到朝廷的赞赏。
当初，朝廷对孙秀、
孙楷等投降者尊重恩宠，是想利用他们招来吴国人。等到吴国灭亡了，孙秀就被降职为
伏波将军，开府如旧；孙楷则被降为
度辽将军。但孙秀因为是亡国宗室，名望不高，北方士族都耻于任他的
掾属，而后来的
东晋名将
陶侃也出身南方寒门，因而被孙秀召为舍人。
御史中丞
周处不畏权贵，等到氐人
齐万年反叛时，朝臣因讨厌周处的刚直，都推举他，朝廷便让他隶属于
夏侯骏西征。孙秀知道他一定会战死，便对他说：“你有老母，可以凭这个理由推辞。”周处说：“忠孝之道，怎么能够两全？既然已经告别亲人侍奉国君，父母又怎么能把我当儿子呢？今天是我献身国家的时机。”后来周处果然被逼迫以少御多，最终以身殉国。
永宁年间（301年－302年），孙秀去世，被追赠为骠骑将军、开府仪同三司。
陈寿《
三国志》：“夫亲亲恩义，古今之常。宗子维城，诗人所称。况此诸孙，或赞兴初基，或镇据边陲，克堪厥任，不忝其荣者乎！”
罗大经：“吴孙秀曰：‘讨逆弱冠以一校尉创业，今后主举江南而弃之。’唐
李翱曰：‘
神尧以一旅取天下，后世子孙不能以天下取河北。’忠臣志士之叹，古今一也。”
孙秀投降西晋后，晋武帝司马炎对他深加安抚并宠爱他，把小姨子蒯氏嫁给他，夫妻间感情很深厚。蒯氏曾经因为忌妒，竟骂孙秀是
貉子（北人轻视、辱骂南人的口头语）。孙秀非常不满，就不再进内室。蒯氏深为悔恨自责，请求武帝帮助。当时正大赦天下，群臣都受到召见。召见完毕，群臣已经离开，武帝单独把孙秀留下，和缓地对他说：“国家宽大为怀，实行大赦，蒯夫人是否可以援例得到宽恕呢？”孙秀脱帽谢罪，夫妻于是和好如初。
在小说《
三国演义》中，孙秀形象与正史相似。为晋骠骑将军。晋灭吴后，孙秀于退朝时哭道：“昔讨逆壮年，以一校尉创立基业；今孙皓举江南而弃之！悠悠苍天，此何人哉！”