孫桓，字叔武，吳郡富春人。孫河（孫河，字伯海。孫堅族子，本姓俞，後因孫策喜愛，賜姓孫）第三子。
建安二十四年（219年），參與由呂蒙指揮的襲擊荊州行動。關羽兵敗後招攬關羽餘眾，得五千人以及大量牛馬器械。
黃武元年（222年），孫桓二十五歲，拜安東中郎將，跟隨陸遜抗擊進攻東吳的劉備。當時劉備率領眾多兵眾進攻，滿山都是蜀軍，孫桓奮戰，與陸遜等協力擊破蜀軍。劉備兵敗逃走，孫桓截擊，差點就可生擒劉備。劉備更忿恨地感歎：「吾昔初至京城，桓尚小兒，而今迫孤至此也！」戰後孫桓因功拜建武將軍，封丹徒侯，督牛渚，修築橫江塢，期間逝世。
《吳書》載孫桓「儀容端正，器懷聰明，博學強記，能論議應對。」連孫權都稱讚他為宗室中的顏淵。