在东吴大学求学期间，孙令衔是与费孝通（中国着名社会学家）、徐献瑜（数学家）、杨季康（即杨绛，着名翻译家、文学家，钱锺书之妻）、沈乃璋（心理学家）、朱雯（翻译家）的同校同学。1934年，孙令衔毕业于燕京大学化学系，获得理学硕士学位。孙令衔硕士毕业后留学美国。1937年，孙令衔获得美国康奈尔大学哲学博士学位。孙令衔学成回国，曾为上海女妇大学教授。后来执教于其母校东吴大学，先后担任化学系教授、化工系主任。1949年中华人民共和国成立后，孙令衔回母校燕京大学任教，担任燕京大学化工系主任。1952年，全国高校