2007年，参演了金鳌勋执导的电视剧《绣娘兰馨》，在剧中饰演“阿朗”一角。同年，参演《明星制造》节目，获得上海市小节目评比展演节目奖 。2009年，开始与娄艺潇、陈赫、王传君等人联袂主演韦正执导的系列都市爱情喜剧《爱情公寓》，在剧中饰演了一个四处留情的花花公子“吕子乔” 。2012年8月10日，与王传君、卓文萱主演的校园青春偶像剧《爱情是从告白开始的》在安徽卫视、陕西卫视、湖北卫视黄金档播出 ，并在剧中饰演为人低调且成绩优异的“欧皓辰”；该剧播出期间百度指数搜索量达到85万，网络点击量也突破3亿 。2013年，孙艺洲与安以轩主演了由陈铭章执导的都市爱情电视剧《全民公主》，在剧中饰演“余子浩”一角 ；该剧颠覆了偶像剧的叙事节奏，开播前两集男女主人公就相爱 。 2014年4月22日，孙艺洲参演的都市爱情商战电视剧《步步惊情》在湖南卫视播出，并饰演康氏集团的继承人“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” 。同年，他还参演了都市爱情剧《面包树上的女人》 。2016年，主演改编自风弄同名小说的古装剧《孤芳不自赏》 。