早年經歷
孫銘九1927年加入東北軍，1928年被選派赴日本入陸軍士官學校學習，回國後在天津張學銘手下當教官，張學銘是張學良之弟，孫銘九則是張學銘的同學。1931年，張學良出任國民黨海陸空軍副總司令，從南京經天津赴北平，路過天津時，張學銘派孫銘九護送哥哥張學良，張學良頗為看重孫銘九，還送給他一塊表面上印著自己頭像的瑞士名表。
後來孫銘九先後擔任了張學良的機要隨從參謀、衛隊營營長等職，成為張學良的心腹嫡系之一。1936年7月，張學良為建立東北軍內部領導核心，實現其深刻改造東北軍的目的，在軍中成立了一個秘密政治組織“抗日同志會”，張學良親任主席，以孫銘九等人為首的少壯派軍官是其主要成員。這些青年軍官年輕氣盛，血氣方剛，思想激進，對蔣介石安內攘外政策早就不滿。
張學良在南京被蔣扣押後，孫銘九等力主武力救張，與主張和平解決西安事變的東北軍高級將領于學忠、王以哲、何柱國等人發生激烈衝突，最後竟派人將王以哲槍殺，釀成了令親者痛仇者快的“二二事件”。
事發後，東北軍軍師長們極為憤怒，要求懲辦兇手。周恩來命劉鼎將應德田、孫銘九等送入紅軍蘇區暫避。於是，許多軍師長們憤而宣布效忠南京，服從中央調遣命令，還有人主動採取清共行動，最早幫張學良接上中共關係的高福源因而被槍斃。至此，東北軍作為一個集團土崩瓦解，不復存在。
西安事變，張學良逮到蔣介石後，蔣對張說：你今天犯上作亂，你就不怕今後你的手下會效法你的榜樣，對你也玩這一手嗎？張當時不以為意，不料蔣的話後來果然應驗了。這一回， 不是應在張學良身上，而是應在張學良去南京後留在西安的東北軍主腦人物身上，下手的還是孫銘九等人。
張學良做夢也沒有想到，正是他親手創立抗日同志會，正是他精心培養的中下級軍官，最終將他盡心竭力想要保存、為此不惜發動兵變的東北軍，送入了墳墓。
抗戰時期
隨著“西安事變”和平解決，國共第二次合作開始，民族抗日統一局面逐漸形成，根據黨中央會議精神，中共為了劃清與“西安事變”的關係，不願收留應德田、孫銘九等人，後者不得不離開蘇區。孫銘九先是躲入天津租界，後又躲進上海租界，再後來，乾脆投靠汪精衛政府做了漢奸。據應德田1956年的交代材料，孫銘九於1943年春在汪偽政府參贊武官公署任參贊武官，年中任豫北撫安特派員和撫安專員，次年因功升任山東偽保全副司令。還到東北軍部隊去策反，拉攏他們投日偽當漢奸。中間應德田曾一度投靠他屬下任職為河南偽教育廳長。
抗日同志會書記應德田，也是個後來做漢奸的人物。然而當時，他可是專門負責給張學良提供抗日意見和理論研討材料的主兒，張學良的許多抗日戰爭口號，都出自他手。他編寫的《抗日理論與實際》小冊子，中共聯絡員劉鼎讚賞不已，還帶了許多去蘇區。關於應德田，還有件事兒值得一提：那封至今仍撲朔迷離的蔣介石命張學良不抵抗的電報文字，就出自他的回憶錄，據說張學良向他背誦了文字內容，而他就如此記錄了下來，云云。
參與捉蔣的東北軍將領中，在八年中投日的不少。比如張學良的參謀長鮑文樾就是其中典型，不光孫銘九，應德田，苗劍秋等當時的激進少壯派軍官也都曾投日。包括負責執行捉蔣任務的騎六師師長白鳳翔也在作戰中負傷被俘，被迫擔任偽“東亞同盟軍”的指揮官（後因試圖反正被日軍毒死）。只有一個劉桂五在抗戰中壯烈殉國。
張學良的親弟弟張學銘到日寇敗象畢露之民國卅二年猶投靠日偽出任偽軍事委員會委員。
抗戰後，孫銘九由漢奸又投降了國民黨。他於一九四五年冬，在東北參加國民黨反動派的先遣大隊，曾經帶隊占領賓縣，據說並意圖謀殺陳雲。被我軍俘虜後到哈爾濱，始向中共抗聯同志李兆麟投降。
50年代，當年西安事變中的一些軍師長們成了中共的座上客，應德田、孫銘九卻受到審查。應德田很不服氣，他在交代材料中辯解說：“……這些人因為沒有做聯共抗日工作，也沒有營救張先生，一點也沒有得罪過蔣介石，因而能跟著蔣介石跟到中國大陸解放的時候，永久是好官，因此他們沒有遭到蔣賊的壓迫危害，沒有沾到敵偽的污水。……孫銘九……如當日不積極做聯共抗日運動，隨著那些‘聰明人’、‘好人’、‘好官’，隨波逐流，無是無非，跟著蔣賊混到解放時，他也許能象那些‘好人’、‘好官’似的反而受到一些西安事變的好處。” 滿腔的委屈，似乎他們做漢奸還很有理由了！當時政府給的結論是，抗戰爆發後，迫於生計孫銘九走過了一段彎路。
晚年經歷
全國解放後，孫銘九受聘擔任了上海市政府參事，據他介紹，他原名本叫“孫明久”，後來去日本改為“銘久”，新中國成立後，柯慶施當上海市市長，聘他為市府參事，聘書上寫成了“孫銘九”，從此也就這樣沿用下來。孫銘九與張學良感情頗深，1990年曾有人問張學良將軍，如果他重訪大陸要見些什麼人，張學良第一個便提到了孫銘九。1991年8月，沉默多年的張學良在台北一家飯店接受日本NHK電視台導演長井曉的專訪，首次向外界披露了當年的風風雨雨。此後不久，長井曉來滬，給孫銘九放映了採訪張學良的錄像帶，並說：“張將軍很關心你的情況。”孫銘九看著幾十年未曾謀面的少帥，忍不住老淚縱橫。
晚年後的孫銘九還擔任著第六屆全國政協委員、第五、六屆上海市政協委員、上海市人民政府參事等許多社會職務，2000年4月8日凌晨，92歲高齡的孫銘九因病醫治無效，在上海安詳辭世。根據孫的遺願，喪事從簡，不舉行任何形式的悼念活動，遺體捐獻給醫學事業。當時國內各大媒體均以“驪山捉蔣立大功英雄孫銘九病逝”為題對此事作了報導。
