1985年，孙小梅考入
中国传媒大学播音系。之后，她获得“北京青年
中国艺术节器乐比赛”
小提琴第二名。次年，孙小梅入职
中国中央电视台，主持《下周荧屏》《节目预告》等节目。1991年，孙小梅被选为全国青少年最喜爱的十大主持人。1995年，孙小梅跟随CCTV梅地亚少年代表团前往
澳大利亚演出。1999年，开始主持《
电视你我他》。次年，当选全国青联委员。
2004年，孙小梅与姜昆、
周涛、鞠萍等主持了由中央电视台制作播出的2004年中央电视台春节戏曲晚会。2010年11月1日，孙小梅获得了2010年中国播音主持金话筒奖。2018年，孙小梅主持了“新时代新
福建省新征程”福建省春节文艺晚会。现任《音乐人生》《音乐公开课》主持人。
1994年，孙小梅发行了个人首张音乐专辑《轻轻地问，轻轻地唱》。其中主打歌曲《轻轻地问，轻轻地唱》的词都是孙小梅自己写的，这首歌也曾一度打入歌曲排行榜榜首。1998年，孙小梅前往美国路易斯安那州立大学学习，攻读大众传播硕士学位。次年，孙小梅回国，主持了CCTV-3文艺频道《音画时尚》《荧屏诗坛》《电视你我他》。
2001年，孙小梅与知名主持人
周涛一起合作主持了
中国中央电视台2001
元旦相声小品晚会。2002年11月，孙小梅主持了《曹操与蔡文姬》媒体见面会。随后12月，孙小梅又主持了第一届全国电视主持人形象设计大赛。2003年3月，孙小梅参加了访谈类节目《超级访问》，在节目中，她回忆了当年来北广考试时的情形，并在节目中朗诵了《荔枝蜜》。
2004年，孙小梅与
姜昆、周涛、
鞠萍等主持了由中央电视台制作播出的2004年中央电视台
春节戏曲晚会。2007年10月，孙小梅主持了“歌唱和谐歌唱美好——喜庆十七大《
同一首歌》
重阳节特别节目”，并与
邰正宵对唱了歌曲《
好人好梦》。2008年，孙小梅与
白燕升合作主持了
中国中央电视台—戏苑百家“唱响
嵊州市”
戏曲名家名段大型演唱会。2009年，孙小梅参加了2009中央电视台新年诗会，与
陈铎一起朗诵了《那时你老了》。
2013年9月，孙小梅与
撒贝宁一起主持了由中央电视台《
开讲啦》栏目组开展的主题为“少年的世界—未来我是谁”CCTV青年影响力大型展演活动。同年11月，李小梅与著名主持人
任鲁豫一起主持了由中央电视台总编室、台团委联合主办“明星帮你牵红线--《咱们结婚吧》百人脱单行动”。
2015年，孙小梅出席了第八届
上海市大学生电视节开幕式。同年10月，孙小梅参加的中国首档大型原创姓氏文化节目《中华百家姓》在
东方卫视播出。
2016年12月31日，她与
董卿、任鲁豫一起合作主持了《启航2017—中央电视台新年音乐会》。同年，孙小梅主持了CCTV7
元宵节特别节目《军营合家欢》。2017年，孙小梅参加了CCTV4《
中国文艺》，与
何赛飞一起演唱了歌曲《白兰鸽》。同年2月，由孙小梅与张宇合作主持的
中国中央电视台春节特别节目——《美丽中国唱起来·深圳福田》
中央电视台综合频道播出随后，孙小梅主持了中央电视台《
中国戏曲大会》，该节目播出后受到广泛关注和热烈欢迎。2018年，孙小梅与
陈紫妍、
刘伟、
曹一楠一起主持了“新时代新
福建省新征程”福建省春节联欢晚会。
2021年8月21日，孙小梅参加的由中央广播电视总台5G新媒体平台
央视频推出以“主播嘉年华 燃情盛夏夜”为主题的大型网络综艺《
央young之夏》播出，孙小梅与著名主持人
李思思等合作了舞台《左手指月》。
2022年，孙小梅参加的综艺《
年年有戏》播出，其与二十多位
中国中央电视台主持人一起体验戏曲文化。同年，孙小梅参加了中央广播电视总台大型节目《
新时代最可爱的人》，与一百名主持人一起致敬新时代最可爱的人。该节目也是全国100多位知名主持人“世纪大同框”。该节目献给了每一位奋勇向前的“新时代最可爱的人”。同年11月，孙小梅参加了
中央电视台综艺频道播出的综艺节目《多彩少年》。
2023年4月4日至4月6日，孙小梅和央视著名主持人
任鲁豫，香港
电视广播主持人
陈贝儿一起主持的央视综艺节目《多情的土地》在CCTV-3综艺频道播出。
人民网股份有限公司评价孙小梅：天道酬勤，二十几年来，孙小梅凭借始终如一的真诚赢得了广大电视观众的喜爱。她推崇敬业精神：“做工作就好比喝咖啡，好喝我就喝，不好喝就把它丢在一边，那是不行的。如果你眼前只有一个选择的话，那你一定要想办法把这件工作做到闪光。”正是这样的人生信条，才促使了她的成功。