孙玮，字纯玉，陕西渭南人。万历五年(1577)进士，任命为行人，提升兵科给事中。弹劾中官魏及、东厂办事官郑如金的罪行，郑如金被皇帝下诏定罪。二人都是冯保的心腹。
当初，张居正因为刑部侍郎同安洪朝选减轻辽王的罪责而怀恨在心。后来劳堪巡抚福建，迎合张居正的意图，含蓄地暗示同安知县金枝搜集摘取洪朝选的事情，劳堪赶紧上奏奏明，命令还没有下达，就将他逮捕关进了监牢，三天不让他吃饭，饿死了，禁止装殓，尸体在牢狱里腐烂了。劳堪不久征召升为左副都御史，人还没有到北京张居正就已死了。洪朝选的儿子、都察院佥校洪竞到城门下叫冤，劳堪又飞快写信给冯保，剥夺了洪竞的官籍，受廷杖刑然后遣送回家。直到此时，孙玮向皇帝揭发了这件事以及劳堪各种贪婪暴虐的情形，免了劳堪的官。不多久，洪朝选的妻子上诉冤屈，丘木舜也为他申诉，洪竞又援引胡木贾、王宗载的故事，请求和劳堪一起死，于是将劳堪流放戍边。
这个时候，厂卫继承冯保的余威，随便接受老百姓的诉讼官司；巡抚巡按官员寻访察问奸情，大多连累无辜的人；有关部门断案，往往在本罪之外加重刑罚，皇帝喜欢用“立枷”，重达三百多斤，受这刑的人马上就死。孙玮都极力陈述它们的危害。下诏除“立枷”照原样外，其余的都按孙玮说的改了。因为母亲病了，不等皇帝命令就擅自跑回家，被定罪贬职为桃源县主簿。过了很久，调任提升为太常寺卿。
万历三十年(1602)以右副都御史的身份巡抚保定。朝鲜战争期间驻兵天津，每月六万两粮饷，都从民间征集。前任巡抚汪应蛟役使士兵大修水田，收获所得充为军饷。孙玮继承他，开垦田地更多，从而免除另外加派赋税。连年遭灾，不是旱灾、蝗灾就是大水，庄稼歉收，孙玮想方设法赈救灾民，皇帝也时常从国库拿钱出来帮助他。上报救荒措施，都答应了。京城附近的矿使是其他省份的一倍，矿开采完了搜刮却没有停止，到了每年责备百姓赔偿贡纳的地步。孙玮多次上疏陈述它的危害，并且条列了天津税使马堂的六大罪状，皇帝都不省悟。
升任兵部侍郎，征召任命为右都御史，监督仓场。提拔为户部尚书，依旧监督仓场。大官多有空缺，命令他代理军政。不久，又兼理兵部。孙玮说：“陛下把国家的三个大印都交给卑职，难道国家真的没有人才吗？据卑职所知，大官就有吕坤、刘元震、汪应蛟，一般的官僚就有邹元标、孟一脉、赵南星、姜士昌、刘九经，台谏官就有王德完、冯从吾等一批人，都是道德品行双美之士，足以担当重任。假使再过几年，陛下想要用他们，已经不能够了。”皇帝不听。
都御史自从温纯离开后，已经空缺八年了。等到万历四十年(1612)十二月，在外官员的考期临近，才命令孙玮以兵部尚书的身份掌管左都御史的事情。孙玮的声誉一向很好。正准备整顿纪律，但这时朋党势力已经形成，言路势力强盛，赶上南畿巡按御史荆养乔同提学御史熊廷弼相互攻讦，孙玮奏议将熊廷弼解职，等候调查。熊廷弼的同伙官应震、吴亮嗣等一帮人于是接连上疏攻击孙玮。孙玮多次上疏乞求辞职，皇帝都安慰他让他留下来。没过多久，吏部按每年惯例派二御史外出，没有告知都察院，孙玮以为自己失职，便更加请求离职，上了十多道疏。第二年七月在文华门磕头，到城门外等候命令。到了十月份，才批准告老还乡。
天启元年(1621)，起用为南京吏部尚书，改任兵部，参赞机要事务。三年征召授职刑部尚书。拘囚的罪犯太多，以至于监狱都容纳不下。孙玮请求让京都附近的州县就地拘囚。内使王文进杀人，交给司礼判罪，他的同谋交给法律部门。孙玮说一件案子不能分在两个地方，请求将王文进一起下狱，皇帝不听。这一年冬天，以吏部尚书的身份又一次执掌左都御史的事情，多次以年老多病相推辞，不准。第二年秋天，病重，上疏说：“现在天灾不断，民不聊生。对内则国家堪忧，对外则边防不稳。法纪松弛，人心涣散。陛下想要国家太平，应该先安定民心，要想安定民心，应该先起用好人。原来的辅臣刘一火景，宪臣邹元标，尚书周嘉谟、王纪、孙慎行、盛以弘、钟羽正等，侍郎曹于汴，词臣文震孟，科臣侯震..，台臣江秉谦，寺臣满朝荐，部臣徐大相，都是老成持重、品行正直的人，却埋没民间，多么令人感叹、惋惜。倘若蒙陛下选拔起用，一定能够发扬美德、杜绝邪恶，替陛下安抚民心。卑臣恳切希望陛下节制欲望以保养圣体，勤奋学习以增进美德，态度宽厚以增广言路，决断英明从而掌握国家大权。臣患病太重，没有机会报答皇上，冒昧地竭尽我微小的心意，权当以死劝谏。”不久逝世，赠为太子太保。魏忠贤当权，陕西巡抚乔应甲弹劾孙玮平素与李三才、赵南星结党，不应当贪图冒领皇上的恩恤。皇上下诏将诰命收回，剥夺他的荫庇。崇祯初年又予以恢复。后来谥号为“庄毅”。