1971年02月至1973年04月,在河南省滎陽縣當知青;1973年04月至1973年09月,任河南省滎陽縣丁店水庫幹部;1973年09月至1976年09月,在武漢鋼鐵學院煉鋼專業學習;1976年09月至1980年09月,在武漢鋼鐵學院當教師;1980年09月至1983年09月,在上海財經學院工業經濟專業攻讀碩士研究生;1983年09月至1985年04月,在中南財經大學經濟研究所工作;1985年04月至1986年11月,任湖北省武漢市經委副主任;1986年11月至1987年02月,任湖北省武漢市體改委副主任;1987年02月至1992年09月,任湖北省武漢市計委副主任;1992年09月至1993年03月,任湖北省武漢市漢陽區委副書記、代區長、區長;1993年03月至1996年08月,任湖北省武漢市副市長;1996年08月至1999年03月,任湖北省宜昌市委副書記、市長(1993年07月至1997年06月,武漢大學政治經濟學專業在職研究生學習,獲經濟學博士學位);1999年03月至1999年09月,任湖北省宜昌市委書記、市長;1999年09月至2002年04月,任湖北省宜昌市委書記;2002年04月至2002年06月,任湖北省宜昌市委書記、市人大主任;2002年06月至2002年08月,任湖北省委常委,宜昌市委書記、市人大主任;2002年08月至2006年09月,任湖北省委常委、秘書長,省直機關工委書記;2006年09月至2006年10月,任安徽省委常委;2006年10月至2010年12月,任安徽省委常委、常務副省長;2010年12月至2013年03月,任國家發展和改革委員會副主任、黨組成員兼國務院醫改辦主任;2013年03月至2015年10月,任國家衛生和計畫生育委員會副主任、黨組副書記兼國務院醫改辦主任(正部長級);2015年10月起,任貴州省委副書記,省政府副省長、代理省長、黨組書記。是十二屆全國政協委員、人口資源環境委員會委員,十一屆貴州省委委員。
2015年10月13日,貴州省委召開常委擴大會議。宣布中央決定:孫志剛同志任貴州省委委員、常委、副書記。2015年10月16日,貴州省第十二屆人民代表大會常務委員會第十八次會議表決通過決定任命孫志剛為貴州省副省長、代理省長。