2013年，孙嘉灵参演个人首部电影《爱情幸运星之打望》，从而开始了自己的演艺生涯。

2014年，孙嘉灵参加周星驰电影《美人鱼》的角色甄选大赛，并在决赛中晋级进入6强，获得《美人鱼》的签约资格。2016年2月8日，由周星驰执导的喜剧片《美人鱼》上映，孙嘉灵凭借在片中饰演的快递员正式进入大众视线。

2017年1月，孙嘉灵出演由徐克执导的古装喜剧片《西游·伏妖篇》，在片中饰演了一位美艳的蜘蛛小妖；4月，与郑凯、邓莎等合作出演民国谍战剧《密查》，在剧中饰演一位充满青春活力和能量的小护士；随后，出演由余翠华执导的都市情感剧《为了你我愿意热爱整个世界》；同年，与鹿晗、舒淇合作主演科幻战斗电影《上海堡垒》，在片中饰演女二号路依依。

2018年，参演沉浸式成长恋爱剧《独家记忆》，饰演女二号赵晓棠。