担任北京卫星环境工程研究所副所长，后担任所长。1999年，他被任命为中国国家航天局副局长。他于2001年担任国防科工委秘书长，2004年10月出任国家航天局局长及国防科工委副主任。2010年5月，孙来燕不再担任国家航天局局长。2018年1月，当选第十三届全国政协委员。
家庭.已婚，育有一女。