他自幼聰穎好學，敏慧強記，他7歲時每天能背誦一千多字，人稱聖童。
孫思邈的家鄉在長安（今銅川耀州區）附近，他自幼博覽羣書，但因體弱多病，常請醫生診治，以致耗盡家資。
因此他從青年時代就立志以醫爲業，用畢生精力從事醫學研究，爲民除病，因而刻苦研習岐黃之術。
到二十歲左右，他已對醫學有一定造詣並小有名氣，所以“京鄰中外有疾厄者”多找他治療。
除醫學書籍外，儒家、道家、佛家的典籍他也無所不讀。
到青年時代，孫思邈已是個知識淵博，尤其精通儒家、道家併兼通佛學思想的頗有功底的學者了。
大約將近四十歲以後，他看透了當時的統治集團之間相互勾心鬥爭、彼此傾軋殺戮的本質，加之道家和佛家思想的影響，他鄙棄仕途，離開家鄉，先後秦嶺深處的太白山和終南山開始了數十年的隱居生活。
這期間，他潛心鑽研唐以前歷代醫家的著作，如《素問》、《甲乙》、《黃帝針經》、《陰堂流注》及扁鵲、仲景、倉公、華佗、王叔和、阮河南、範東陽、張苗、靳邵等諸家的《經方》，對人體的“五臟六腑”、“十二經脈”、“表裏孔穴”、“三部九候”及“本草對藥”等均進行了深入細緻的研究。
除此之外，他也在當時盛行的“陰陽錄命”、“諸家相法”、“灼龜五兆”、“周易六壬”即預測禍福、卜筮吉凶、符錄消災等方面消耗了大量的時間。
除了熟讀經典探究醫理，他還利用久居山林的自然條件，鑽研並整理記載了大量藥物識別、採集、炮製、貯存等方面的豐富經驗。
孫思邈治病針藥並用，效若桴鼓。各種多方求治輾轉數醫而不效的疑難雜證，一經孫思邈診治多可手到病除。
就這樣，他的名氣不僅聲噪山林，而且已經譽滿京師。
孫思邈淡薄名利，隋文帝在位二十多年間，多次請其爲官，他均託病辭而不受。
孫思邈生於西魏大統年間，到李淵建立大唐之時，他已經八十多歲了。鶴髮童顏，身強體健。平日裏，除非事出緊急，他從不騎馬，從來都是以步代車。
李淵佔據長安之後，數次前往終南山尋訪孫思邈，都未如願。至武德四年，天下漸有昇平之勢，和平年代指日可待。孫思邈主動出山，幫助大唐醫治百姓。
他只是以醫師自稱，不擔任任何官職。將自己畢生的醫學理論與實踐付諸大唐的衆多醫官，不知拯救了多少生命垂危的大唐百姓。
李淵爲其高風亮節所感動，但他又不願做官、不慕虛名、不愛錢財，竟然不知道如何感謝於他。
孫思邈信奉老莊的道家學說，李淵於是和他共同探討老莊，爲其淵博的學識所震撼，於是稱他爲“孫真人”。
孫思邈爲人謙遜，自稱‘小醫醫人大醫醫國’，他對李淵的仁德還是滿意的。
他答應李淵，一定會把自己畢生所學，編成醫書，造福當代，傳之後世。
後來，孫思邈所著《千金方》，成爲中華醫學名著。他本人一直活到唐高宗永淳年間，在一百四十餘歲的高齡享盡天年。