2006年在《寻夫记》中饰演家宏，与吴君如、张晨光同台演出，给予孙征宇不小的帮助，这是他的第一部电视剧，从这部戏开始正式踏入演艺圈。

2008年在《李小龙传奇》中饰演光头阿亮。

2009年在《地上地下》中饰演谭明。该剧在播出中不仅持续获得高收视率，在观众中也赢得了不俗口碑。更是获得中宣部“五个一工程”奖，得到官方肯定。该剧也是金鹰奖影帝任程伟与青年演员孙征宇的首度合作。

2014年在电视剧《二炮手》中饰演机枪刘，在跟随孙红雷出生入死的过程中，真汉子性格、大男人本色的表情风格，受到了观众的好评和业内的关注。

2015年出演《伪装者》中刘斌一角，在这部由胡歌、靳东、王凯组成的“明家三少”之间互飙演技的剧目中，很多配角的表演也十分抢眼，丝毫不输“明家三少”。孙征宇就是这些配角中脱颖而出的一位。

2016年在《余罪》中饰演老彪，戏骨级演技派孙征宇则用传神的演（眼）技，让老彪这个坏蛋，鲜活而丰润，立体而饱满，尤让人记忆犹新。

2018年参与由淘梦银河、网易文漫出品，齐一文化传媒、德蕊文化传媒、华飞影业、走肖传媒、大有可为影业联合出品的《我当摸金校尉的那些年》，饰演陈坨子。

2020年9月，主演的电影《我的世界因你而暖》顺利杀青，他在片中饰演父亲的战友张森林。