2017年6月，孙颖莎首次参加成人组赛事，便在日本公开赛中斩获女单、女双两项冠军。7月，世界排名从无直接“空降”至世界第10。同年，斩获2017年世青赛女单、女双、女团三冠。2018年，获得青奥会女单冠军。同年，获国际级运动健将称号。2019年，获得世锦赛女双冠军、世界杯女团冠军，并首次摘得亚锦赛女单冠军及全锦赛女单冠军。2020年，孙颖莎获WTT澳门国际乒乓球女单冠军，是WTT历史上首位冠军。 2021年，孙颖莎获得东京奥运会乒乓球项目女单亚军、女团冠军。11月，获得世乒赛女单亚军、女双冠军、混双冠军。12月，获得2021年WTT世界杯女单冠军。2022年1月，孙颖莎首次登顶世界第一，成为世界乒坛首位“00后”世界第一。2022年，获得成都世乒赛女团冠军，并蝉联WTT世界杯决赛女单冠军 。
2023年，孙颖莎获得WTT新加坡大满贯女单、女双、混双三项冠军，成为WTT大满贯赛史上首位“三冠王”。5月，获得德班世乒赛女单冠军、混双冠军，成为世乒赛历史上首位00后单打冠军，同时成就世乒赛金满贯。10月，获得杭州亚运会，女单、女团及混双三项冠军。 2023年12月，获WTT名古屋女子总决赛女单冠军，实现总决赛三连冠。2024年4月，首次获得国际乒联世界杯女单冠军。7月，获2024年巴黎奥运会混双金牌，也是中国乒乓球队首枚混双金牌。
2014年，获得亚洲青少年比赛U15组单打冠军；
2020年3月，2020年卡塔尔公开赛混双决赛中，孙颖莎/王楚钦1-3不敌水谷隼/伊藤美诚无缘冠军。8月，东京奥运会模拟赛，孙颖莎身兼女单、女团、混双三项。在女单决赛中，4:3战胜王曼昱夺冠；在混双比赛中，搭档许昕获得冠军；在女团比赛中，由孙颖莎、陈梦、王曼昱组成的女团一队3比0问鼎女团冠军。至此，19岁的孙颖莎成就东京奥运模拟赛女单、女团、混双三冠王 。10月4日至10日，参加2020年全国乒乓球锦标赛。在女团决赛中，孙颖莎与何卓佳、臧小桐组成的河北队3-0横扫山东队，夺得女团冠军。在女单决赛中，孙颖莎不敌山东队陈梦获得女单亚军。在女双决赛中，孙颖莎/王艺迪3-4不敌陈梦/王曼昱获得亚军。11月10日，首次参加女子世界杯的孙颖莎在对阵日本队一、二号女单伊藤美诚和石川佳纯时均获得胜利，但最终在决赛中以1-4不敌陈梦获得女单亚军。11月29日，孙颖莎获WTT澳门国际乒乓球女单冠军，成为WTT历史上首位冠军。12月29日，孙颖莎与王艺迪、陈梦组成的深圳大学队3-1战胜山东鲁能，首夺乒超女团冠军，孙颖莎个人则以12胜3负（单打12战全胜）的战绩，排名所有球员榜首，荣膺2020年女子MVP。
2021年7月，孙颖莎入选2020年东京奥运会中国体育代表团乒乓球项目运动员名单。 女单比赛中，孙颖莎前两轮轮空，第三轮4-0拿下摩纳哥的华裔女将杨晓欣，1/8决赛4-0完胜中国台北选手陈思羽，1/4决赛又以4-0完胜德国削球手韩莹 。7月29日，女单半决赛，孙颖莎面对日本选手伊藤美诚，直落四局4-0横扫对手，与队友会师决赛。 同日，孙颖莎在女单决赛中2-4不敌陈梦，获得女单银牌。8月3日，与队友陈梦、王曼昱在2020年东京奥运会女团1/4决赛中3-0横扫冯天薇、于梦雨、林叶组成的新加坡队；8月5日，孙颖莎在2020年东京奥运会女团决赛中出任第一单打，以3-1的比分击败伊藤美诚，帮助中国队以大比分3-0战胜日本队，获得2020年东京奥运会乒乓球女子团体金牌。 东京奥运会结束后，孙颖莎女单世界排名升至第二。
2021年9月，孙颖莎参加全运会女单、女双、女团、混双四项比赛，女单决赛中，孙颖莎0-4负于王曼昱，获得女单亚军；女团铜牌赛中，孙颖莎3-2战胜郭艳，河北队3-0四川，获得女团铜牌。10月10日，2021乒超联赛女团半决赛，孙颖莎3-0战胜大土河华理的王艺迪，帮助深圳大学晋级女团决赛，孙颖莎则以总积分1250位列女单个人积分榜第一，蝉联乒超MVP的同时拿到休斯顿世锦赛的单打资格。在女团决赛中，孙颖莎所在的深圳大学队1-3不敌山东鲁能队，获得亚军。11月，孙颖莎身兼女单、女双及混双三项出战休斯敦世乒赛。北京时间11月29日，孙颖莎/王楚钦3-0击败日本组合张本智和/早田希娜，获得休斯敦世乒赛首金。此外 ，29日稍早前进行的世乒赛混双半决赛、女双半决赛、女单半决赛中，孙颖莎全部获胜闯入决赛，一日四战，四战全胜。其中，女单半决赛，孙颖莎4-1战胜王艺迪；混双半决赛孙颖莎/王楚钦3-1战胜中国台北林昀儒/郑怡静；11月30日，在女双决赛中，孙颖莎/王曼昱3-0横扫日本组合伊藤美诚/早田希娜夺冠，成功卫冕世乒赛女双冠军；女单决赛上，孙颖莎2-4不敌王曼昱，获得亚军 。12月，新加坡WTT世界杯决赛，孙颖莎先后以两个3:0淘汰索尔佳与陈幸同，随后又以4:1战胜早田希娜，并在12月7日的女单决赛中，4-2战胜王艺迪，获得2021年WTT世界杯决赛女单冠军 。
2022年3月，孙颖莎身兼三项参加2022年WTT新加坡大满贯。3月16日孙颖莎一日三赛，在女单1/8决赛3:0战胜刘诗雯；在女双半决赛中搭档王曼昱3-0战胜倪夏莲/迪努特晋级决赛；在混双决赛中搭档王楚钦3:0战胜林昀儒/郑怡静夺冠；3月17日至18日，孙颖莎在女单1/4决赛中3-0战胜早田希娜，但最终在女单半决赛以3-4不敌王曼昱 ；3月19日，女双决赛中，孙颖莎/王曼昱3-0横扫伊藤美诚/早田希娜夺冠 。7月13日至17日，参加WTT球星挑战赛布达佩斯站。女单比赛中，孙颖莎一路以3:0战胜巴拉佐娃、波尔卡诺娃、早田希娜，最终在女单决赛中1-4不敌王艺迪，获得亚军。女双决赛中，孙颖莎/王曼昱3-0战胜早田希娜/伊藤美诚夺冠。7月19日至23日，参加WTT冠军赛布达佩斯站。孙颖莎先后淘汰米特兰姆、付玉、杜凯琹，最终在半决赛中3比4不敌王艺迪，无缘决赛 。9月，亚乒联官方公布2022乒乓球亚洲杯邀请名单，孙颖莎在列；10月16日，2022年亚洲杯中国队女子报名为王艺迪、陈幸同，而此前被亚洲杯官方邀请的孙颖莎未在名单中，无缘本次比赛。
10月1日至8日，参加2022年成都团体世乒赛，孙颖莎从小组赛到淘汰赛，均3比0一局未失拿下比赛。在女团决赛中，孙颖莎以3-0战胜长崎美柚，帮助中国队3-0击败日本队，实现世乒赛团体赛五连冠 。10月20日至23日，参加WTT澳门冠军赛。 [125]女单首轮，孙颖莎3-0战胜布鲁娜，女单1/8决赛以3-1战胜杨晓欣 ，女单1/4决赛以3-0击败郑怡静，女单半决赛以4-0战胜袁嘉楠 ，并在10月23日的女单决赛中，孙颖莎4-1力克陈幸同夺得2022年WTT澳门冠军赛女单冠军。10月27日，新乡WTT世界杯决赛女单1/8决赛，孙颖莎3-0战胜米特兰姆；女单1/4决赛，孙颖莎3-0击败石川佳纯；女单半决赛，孙颖莎4-1战胜王艺迪 ；10月30日在女单冠军赛中，孙颖莎以大比分4-3战胜队友陈梦，夺得2022年新乡WTT世界杯决赛女单冠军 。11月5日，2022年全锦赛女团1/4决赛中，孙颖莎在第2盘与第4盘先后战胜黑龙江队的孙思楠、张缤月，帮助河北队晋级四强。 11月9日获得混双亚军；11月10日，女单1/8决赛，孙颖莎1-3不敌孙铭阳，无缘女单8强。12月8日，2022年乒超联赛第一阶段，孙颖莎3比1力克王曼昱，帮助球队晋级半决赛；12月11日，女团决赛中，孙颖莎先后战胜王曼昱与钱天一拿下2分，但最终所在深圳大学2-3不敌山东鲁能，获得亚军。孙颖莎以单打总积分1350分，排名第一，连续三年获得乒超联赛MVP。
2023年1月，孙颖莎身兼女单、女双及混双三项参加德班世乒赛亚洲区预赛，三个项目均为中国队拿到世乒赛资格。2月，德班世乒赛选拔赛(第一站)女单决赛中，孙颖莎直落三局战胜了陈幸同，以全胜的成绩直通德班。3月，孙颖莎身兼三项参加WTT新加坡大满贯赛。3月12日，WTT新加坡大满贯女单1/32决赛，孙颖莎3-0战胜刘馨尹；3月13日至16日，孙颖莎/王楚钦在决赛中3-1击败张本智和/早田希娜获得冠军。3月17日，WTT新加坡大满贯赛女单1/4决赛，孙颖莎以4比3险胜韩国选手朱芊曦，晋级四强。3月18日，女单半决赛中，孙颖莎4-0横扫王曼昱，晋级决赛。日，女双决赛，孙颖莎/王曼昱3:2战胜陈梦/王艺迪，成功卫冕新加坡大满贯女双冠军。3月19日，2023年WTT新加坡大满贯女单决赛，孙颖莎4-1击败钱天一，夺得女单冠军，成为WTT大满贯赛历史上的第一位“三冠王”。 3月29日，国乒德班世乒赛选拔赛（第二站）混双决赛中，孙颖莎/王楚钦以3∶2逆转向鹏/刘炜珊，夺得冠军，并在随后的PK赛中，以3∶2击败林高远/陈幸同，获得德班世乒赛混双项目资格。 4月15日，2023年WTT冠军赛新乡站女单决赛中，孙颖莎4-1战胜王艺迪获得冠军。4月22日，2023年WTT冠军赛澳门站女单半决赛，孙颖莎0-4不敌陈梦无缘决赛，24连胜遭终结。
2023年5月，孙颖莎身兼女单、女双、混双三项参加2023德班世乒赛。5月26日，2023年德班世乒赛混双决赛中，孙颖莎/王楚钦以3-0战胜张本智和/早田希娜夺得冠军，成功卫冕。5月27日，女双半决赛中，孙颖莎/王曼昱0-3不敌田志希/申裕斌获得铜牌。5月28日，2023年世界乒乓球锦标赛女单决赛中，孙颖莎以4-2战胜队友陈梦，获得2023年德班世乒赛女单冠军，首度捧起吉·盖斯特杯，成为世乒赛历史上首位00后单打冠军，同时成就世乒赛金满贯。7月2日，获得WTT常规挑战赛萨格勒布站混双冠军。女单决赛中，孙颖莎3-4不敌平野美宇，获得亚军。 7月9日，获得2023年WTT球星挑战赛卢布尔雅那站混双冠军，并在7月10日的女单决赛中4-3战胜陈梦，夺得女单冠军。9月3日至10日，孙颖莎身兼三项参加2023年乒乓球亚锦赛。女团决赛中，孙颖莎3-0申裕斌，所在的中国队3比0战胜韩国队，获得女团冠军；女单决赛中，孙颖莎2-3不敌王曼昱，获得女单亚军；女双决赛中，孙颖莎/王艺迪0-3不敌陈梦/王曼昱，获得亚军。
023年9月23日，孙颖莎、郑思维代表全体运动员在杭州亚运会开幕式上宣誓。9月22日至10月2日，孙颖莎参加杭州第19届亚运会乒乓球项目，出战女团、女单、女双和混双4项比赛。9月26日，在杭州第19届亚运会女团决赛中，孙颖莎以3比1击败早田希娜，帮助中国队以3-0击败日本队，取得五连冠。9月30日，女双1/4决赛中，孙颖莎/王曼昱1:3不敌日本组合张本美和/木原美悠，无缘女双四强。9月30日，在混双金牌赛中，孙颖莎/王楚钦以4-1战胜王艺迪/林高远，获得冠军。10月1日，在杭州亚运会女单金牌赛中，孙颖莎以4-1战胜早田希娜，首次获得亚运会女单冠军，也成为亚运会三冠王。10月8日，WTT球星挑战赛兰州站女单半决赛中，孙颖莎3-2战胜王曼昱晋级决赛；女单决赛中，孙颖莎4-0战胜陈梦获得女单冠军。11月11日，在WTT常规挑战赛太原站混双决赛中，孙颖莎/王楚钦1-3不敌林诗栋/蒯曼获得亚军；12月10日，成都混团世界杯第二阶段第6轮，孙颖莎出战混双比赛，帮助中国队8-1战胜韩国队，夺得2023年国际乒联混合团体世界杯冠军。12月17日，2023年WTT名古屋女子总决赛女双决赛中，孙颖莎/王曼昱3比1击败日本组合长崎美柚/木原美悠，夺得女双冠军。同日，在女单决赛中，孙颖莎4-2战胜王艺迪获得女单冠军，实现总决赛三连冠。12月24日，2023乒超联赛，孙颖莎所在的深圳大学3-2战胜山东鲁能获得女团冠军。
2017年7月空降世界排名第10：国际乒联2017年第7期世界排名中，孙颖莎凭借日本公开赛、中国公开赛以及亚青赛中的出色发挥，狂揽2999积分，首次获得排名便跻身前10位，这在世界排名史上是非常罕见的情况。
2022年第5周首次登顶世界第一：国际乒联2022年第5周世界排名中，孙颖莎在2021年三项大赛（奥运会、世乒赛、WTT世界杯）中均闯入决赛，她也凭借此成绩超越陈梦，成为首位“00后”世界第一。
2022年12月收获首个年终世界第一：国际乒联2022年年终世界排名中，孙颖莎以8270分收获了职业生涯的第一个年终世界第一，这也是00后选手第一次拿到年终第一的成绩。
2023年1月包揽三项世界第一，国际乒联2023年第1周世界排名，孙颖莎包揽女单、女双以及混双三项世界排名第一。2023年孙颖莎保持女单世界排名全年第一，并蝉联女单年终世界第一。
『我胸前可是中国国旗，我必须得赢』——2020年最强12人箴言
2020年8月，孙颖莎当选中华全国青年联合会第十三届委员会委员。
孙颖莎是右手横拍快攻结合弧圈打法，技术全面，打法细腻，基本技术结构相对合理，在同年龄中相对突出。（国家体育总局乒乓球羽毛球运动管理中心评）
她才不到19岁，却连一点儿少女的生活都没有，每天就是练技术、练身体、看录像。在外界评论孙颖莎技术打法先进所以能够驰骋世界乒坛的时候，她清楚地意识到，只有熟悉每一个对手，站在场上才能不慌。她知道自己要什么，并为之不顾一切，同时她也会在比赛中总结点滴的经验，有信念、有拼劲，也有想法和策略。（新浪体育评）
孙颖莎这次拿了（德班世乒赛）单打冠军，并是一下子就冲上来了，她经过了几年的冲击过程。她小的时候就是单纯享受打球，赢了很开心，输了也没什么，调节很快。打到现在，她是真的非常渴望拿到这个冠军了，这个转换其实对她来说是挺难的一件事。在明确了自己对冠军的渴望之后，孙颖莎开始用非常高的标准要求自己，坚持很长一段时间了。特别是她还要兼项，并且拿了两项冠军，非常不容易。（中国乒乓球队总教练李隼2023年评）