毕业于北京农业大学农学系，随后在河北师范大学生物系任教至今。孙大业早年主要从事棉花、小麦和玉米的高产栽培、营养诊断与杂种优势的研究。在1981年访美后，开始从事于植物细胞信号转导方面研究的工作。1981年至1983年，孙大业在美国德克萨斯大学植物学系和贝勒大学医学院细胞生物学系进修。1991年被评为教授，同年主持建设了河北师范大学植物学的硕士点。1993年被中国农业大学聘为博士生导师。2001年当选中国科学院生命科学和医学学部院士。2002年荣获何梁何利科技进步奖，他将奖金20万元人民币转设为学校奖励基金，