2007年，参演了由秦岚、吕颂贤、李宗翰主演金鳌勋执导的电视剧《绣娘兰馨》，在剧中饰演了阿朗。同年，参演《明星制造》获上海市小节目评比展演节目奖。[1]

2009年，与娄艺潇、陈赫、邓家佳主演了韦正执导的都市爱情喜剧《爱情公寓》系列，在剧中饰演了一个四处留情的花花公子吕子乔。[1]

2011年3月14日晚，孙艺洲荣获由上海话剧艺术中心主办的“第十五届佐临话剧艺术奖”爱心公益环节的公益之星。[2]

2013年，孙艺洲与安以轩主演了由陈铭章执导的电视剧《全民公主》，孙艺洲在电视剧《全民公主》中饰演的余子浩从小在孤儿院长大，并和安以轩演绎了一段复仇王子和励志公主的爱情故事。[3]

2014年，孙艺洲参演的由刘诗诗、吴奇隆、蒋劲夫主演的电视剧《步步惊情》播出[4]，在剧中饰演了康氏集团的继承人“康司瀚”一角；而孙艺洲则凭借该剧获得2014年国剧盛典“最具潜质演员”奖 。

2015年2月6日，参演的喜剧片《一路惊喜》在中国内地上映 。10月27日，孙艺洲与李晟、马天宇主演的都市情感剧《绯闻女友》在湖南娱乐频道播出 。11月29日，孙艺洲参演了根据同名动画改编的古装奇幻武侠剧电视剧《秦时明月》，在剧中饰演了充满野心和霸气的“卫庄” 。[5]同年，他还参演了都市爱情剧《面包树上的女人》 。

2016年5月3日，主演改编自风弄同名小说的古装剧《孤芳不自赏》饰演何侠。[8] 5月9日，主演的暖心励志时尚爱情剧《柠檬初上》在江苏卫视播出，剧中饰演暖男“郑磊”。 6月17日，战争历险巨制《怒江之战》在腾讯视频独家播出，孙艺洲饰演“赵半括”。

2017年1月3日，加盟情感喜剧《废柴兄弟5泰爽》在泰国曼谷开机，编剧兼导演尹琪原班制作团队携手孙艺洲、张海宇打造全新“废柴cp”。5月23日，孙艺洲参演的国内首档二次元达人秀节目腾讯视频《我爱二次元》上线。[10]

2018年8月10日，主演电影《爱情公寓》上映[11]。