孙腾，字龙雀，是咸阳石安人。孙腾的祖父孙通，初仕北凉，担任中书舍人。北凉灭亡后，归顺北魏，定居北部边地。孙腾富贵后，北魏朝廷追赠孙通为使持节、侍中、都督雍华岐豳四州诸军事、骠骑大将军、司徒公、尚书左仆射、雍州刺史，追赠孙腾的父亲孙机为使持节、侍中、都督冀定沧瀛殷五州诸军事、太尉公、尚书令、冀州刺史。
孙腾少年时朴实坦诚，熟悉吏事。北魏正光年间(520年—525年)，北方动乱，孙腾冒着危险偷渡关戍，来到秀容。适逢尔朱荣树起义旗，孙腾便跟随尔朱荣进入洛阳，依例升任冗从仆射。不久担任高欢都督府长史，随从高欢东征邢杲。军队驻扎齐城时，抚宜镇军人阴谋造反，欲害督帅。孙腾得知这一消息后，急忙报告高欢。事情很快爆发，由于高欢事前做了防备，擒获这伙叛乱分子。朝廷任命高欢为晋州刺史，孙腾做长史，加任后将军，封石安县伯。高欢从晋阳动身经过滏口，抵达襄垣，尔朱兆率众从后追来。高欢在水边同尔朱兆宴饮，互相结拜兄弟后，各归军营。第二天清晨，尔朱兆又召高欢，高欢想安慰他，打算前往，上马之前，孙腾拉着高欢的衣服予以劝阻。于是尔朱兆便隔水谩骂，骑马赶回晋阳。于是高欢就率部向东进发。
等到高欢在信都起义时，孙腾因真心诚意地投入，因此经常参与大事的策划。孙腾认为朝廷隔绝，无法对其发号施令，不如权且立一人为帝，那么人心就会思散，所以屡次向高欢建议，而得采纳，于是立孝静帝元善见为帝，建立东魏政权。孙腾官拜侍中，不久加任使持节、六州流民大都督、北道大行台。高欢向邺城进军，让段荣留守信都。不久，改派段荣镇驻中山，让孙腾居守信都。攻克邺城后，授任孙腾为相州刺史，改封咸阳郡公，增加封邑连前合计一千三百户。入朝后担任侍中。当时北魏的京兆王元愉的女儿平原公主正在守寡，孙腾想娶她为妻，但却遭到平原公主的拒绝。侍中封隆之无妻，平原公主想嫁给他，孙腾因此嫉妒封隆之，而且矛盾闹得很大。高欢上书孝静帝，请免朝官，任命其为外职，但很快又官复原职。
孙腾是高欢的心腹，居于高欢门下，与斛斯椿等人共掌机密。斛斯椿已滋发异心，因而两人关系总是不能协调。孙腾深受猜忌，感觉到灾难马上要降临头上，于是秘密率领十几名骑兵奔赴晋阳。高欢领兵讨伐斛斯椿，留孙腾行并州刺史事，又任命他为冀相殷定沧瀛幽安八州行台仆射、行冀州刺史事，复行相州刺史事。天平初年，孙腾入朝担任尚书左仆射，并主持内外所有的大事，兼任司空、尚书令。此时西魏派遣将领寇掠南兖，朝廷诏令孙腾为南道行台，统领诸将攻打。孙腾怯懦，缺少威略，结果失败而返。后又任司徒。当初北境边地战乱兴起时，孙腾丢失一女，富贵起来后，派人到处访问寻找，却没有获得线索，怀疑女儿成为他人的奴婢。孙腾担任司徒后，凡有奴婢来请求成为良人时，并不问虚实，一概应允，其目的是希望免除更多的人的奴婢身份，从中找到自己的女儿。高欢入朝，有人将此事告诉高欢，高欢听后极其恼怒，撤掉他的司徒官职。武定年间(543年—550年)，受命出使青州，搜括浮逃户口，归朝后升任太保。
武定六年(548年)四月，孙腾去世，时年六十八岁。朝廷追赠他为使持节、都督冀定等五州诸军事、冀州刺史、太师、开府、录尚书事，谥号文。北齐天保初年，以孙腾有佐辅之功，文宣帝高洋诏令祭告其墓。皇建年间(560年—561年)，配享神武帝高欢的庙庭。其子孙凤珍继嗣。孙凤珍愚昧平庸，武平年间(570年—576年)，死于开府仪同三司的职位上。