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1977年12月浙江省金华县多湖公社下乡知青,先后在城乡建设环境保护部、国务院旅游协调小组办公室、国务院办公厅工作； 1991年4月起,历任国务院办公厅秘书(副处级)、秘书二局四组副组长、秘书二局四组一秘(正处级)兼副组长、秘书二局四组组长、秘书二局三处处长； 1999年5月任国务院办公厅秘书二局助理政务专员兼三处处长； 2000年6月任吴邦国副总理秘书(2002年7月正局级)； 2003年3月任吴邦国委员长秘书； 2003年7月任吴邦国委员长办公室主任； 2004年10月任十届全国人大常委会副秘书长、机关党组成员、委员长办公室主任； 2008年1月当选第十一届全国人大代表（浙江）。 2011年2月任中共山东省委常委、省政府党组成员； 2011年3月任省委常委、副省长、省政府党组成员； 2012年6月任省委常委、副省长、省政府党组副书记， 2012年11月兼任山东行政学院院长。
负责省政府常务工作，协助省长负责财政、税务工作，负责省政府机关、发展改革(粮食、物价)、教育、监察、机构编制、人力资源和社会保障、住房城乡建设、统计、发展战略研究等方面的工作。 协助分管省财政厅、省地方税务局，分管省政府办公厅(省政府参事室)、省发展和改革委员会、省教育厅、省监察厅、省人力资源和社会保障厅(省外国专家局)、省住房和城乡建设厅、省统计局、省政府研究室。 兼任山东行政学院院长。 协助联系省国家税务局、财政部驻山东财政监察专员办事处，联系各民主党派，国家统计局山东调查总队、中储粮总公司山东分公司。
2011年3月30日，山东省十一届人大常委会第二十三次会议会议采取无记名投票的方式决定任命孙伟为山东省副省长。 2011年4月22日，十一届全国人大常委会第二十次会议在京闭幕。经表决，免去孙伟的全国人大常委会副秘书长职务。