2013年， 孙伊涵参加了以“美丽世界·梦想中国”为主题的第六届新面孔中国模特大赛，获得中国模特大赛总决赛季军 。2014年，参加全国职业院校技能大赛模特表演赛，孙伊涵获得了模特服装表演项目和平面模特展示项目的一等奖 ；12月19日，参与录制了综艺节目《天天向上》 。2015年6月15日，孙伊涵出席了华谊ELLE之夜的五周年庆典，并参与了庆典的特别节目LOL公益对抗慈善赛 ；12月27日，孙伊涵参加了第四届搜狐时尚盛典，荣获“年度最美女人”大奖 。2016年，孙伊涵主演了荧屏处女作《我心雀跃》，她在剧中饰演了一个在青春期藏不住懵懂情愫的少女刘唯唯 ，并凭借该片分别于6月11日获得第十九届上海国际电影节亚洲新人奖的提名 ，7月27日获得第十届西宁First青年电影展最佳演员奖 ；11月25日，孙伊涵出席第11届华语青年影像论坛颁奖典礼，并凭借电影《我心雀跃》获得“年度最佳女演员”奖 。