孙登是三国时期孙吴建立者孙权的长子。他的生母地位卑贱，孙权让正室徐夫人抚养之。
黄初二年（221年），孙权向曹魏称臣，被封为吴王，并且拜孙登为东中郎将，封万户侯，孙权以孙登年仅12岁辞去爵位不受（一说为称病）。同年，孙权立孙登为王太子，并为孙登选置师傅，选取优秀的士人作为他的宾友。孙权任命南郡太守诸葛瑾之子诸葛恪、绥远将军张昭之子张休、丞相顾雍之孙顾谭、偏将军陈武之子陈表等进宫，为孙登侍讲诗书，并随从骑马射猎。程秉、张温先后为太子太傅。
当时，孙权在名义上依靠曹魏，曹丕几次派人索要孙登作为人质，都被孙权推辞掉了。
黄初六年（225年），孙权为孙登娉娶周瑜之女为王太子妃，命程秉从吴郡迎接周妃至武昌，教诲孙登，孙权对这次婚姻相当重视。后来，芮玄的女儿也曾被聘为妃。同年，太常顾雍迎接其母至武昌，孙登在与公卿大会结束后亲自前往为其庆贺。
孙权希望孙登熟读《汉书》，以知晓汉代的历史，他认为张昭对历史的研究有师承名家的根基（张昭曾向白侯子安学习过《左氏春秋》），多次向他请托，后来下令其子张休先听从张昭讲授，再回宫转授孙登。孙登接待他的属官时，并没有因为自己高贵而要求下属奉行严格的尊卑礼节，而是以平民的姿态与他们相处，例如和诸葛恪、张休、顾谭等一同坐车，或者睡在一起。
吴王国太傅张温认为中庶子一职是太子的左右臂膀，有辅佐太子的职责，应该任用有杰出才能的人担任，孙权听后就任用陈表等四人为中庶子。后来又因为陈表担任中庶子后，根据朝仪制度，必须时常穿戴官员的冠服入见太子，礼节过于繁缛。孙登于是让他们去除冠服，如同日常头戴裹巾入座即可。
黄龙元年（229年），孙权称帝，立孙登为皇太子，孙登命侍中胡综作宾客名目，以诸葛恪为左辅都尉、张休为右弼都尉、顾谭为辅正都尉、陈表为翼正都尉，称为“四友”。而谢景、范慎、刁玄、羊衜等皆为宾客，因此东宫号称名士盈门。
同年，孙权迁都建业，留孙登、诸皇子及尚书九官。并征上大将军陆逊至武昌，统领留守武昌的宫府事宜，教导诸皇子，与尚书是仪一起辅佐孙登。孙登处理事务谨慎得体，凡事都先咨询，然后方才施行。
孙登喜爱人才，乐闻善言。于是写信给步骘，请求教诲。步骘于是把当时在荆州界内担任重要职务的官员即诸葛瑾、陆逊、朱然、程普、潘濬、裴玄、夏侯承、卫旌、李肃、周条、石干等十一人列出，对他们的品行才能进行逐一的介绍分析，且上疏希望孙登要信任和重用这些杰出人才。
孙登性情也有活泼的一面，曾以马粪嘲弄诸葛恪，被诸葛恪以鸡蛋回敬，理由是都是从一个地方出来的
嘉禾元年（232年），孙登的次弟孙虑逝世，孙权感到悲伤，因而减少膳食。孙登昼夜兼程，赶到赖乡，亲自通报，孙权当即召见他。孙登见孙权悲痛哭泣，便劝说：“孙虑一病不起，此乃命定。如今北方未统一，四海都在仰首盼望，上天授命陛下，陛下却按照社会下流百姓的思路，减少朝臣的饮食，超出了礼制的要求，我私地忧虑不安。”孙权听从了他的劝告，为此增加饮食。孙登住了十多天，孙权打算他西还武昌，孙登深切地为自己求情，认为长时间的离别使自己不能侍奉父母，于作儿子的道义有缺憾，又陈述陆逊忠诚勤勉，武昌那里无什么顾虑，孙权于是留他住下。
嘉禾三年（234年），孙权率军进攻魏国的合肥新城，命孙登留守管理后方的事务。当时农作物收成不好，盗贼增多，于是，孙登制定了用以对付盗贼的法令，取得了不错的效果。
孙登与异母的弟弟感情较好，据《吴书》记载，孙登三弟孙和幼时子以母贵，受到孙权宠爱。孙登与孙和亲近，像对待兄长一般敬奉孙和，时常表现出让位于孙和的想法。
孙权一度十分信任校事吕壹，让他负责监察百官、处理刑狱，吕壹趁机操弄权柄，擅作威福，施行刑法十分严苛，百官倍受其苦。孙登为此也数次劝谏。
赤乌四年（241年）五月，孙登逝世，时年三十三岁。孙权获悉震惊悲惋，悲痛不能抑制，诏书提到：“国丧明嫡，百姓何福！”
孙登临终前上疏说：“臣以无德，身缠重病，自知昏聩，恐怕将要殒命。我并非是在爱惜自己，只是想到将要离开父母，身埋黄土，永不能再奉望宫省，朝见帝后。生前于国家无益，死后还留给陛下深深的悲戚，故此不禁悲凄郁结心头哽塞咽口。如今天下大事未定，各地贼寇未被讨清，天下人民翘首以待，将命运寄托于陛下，处境危险者希望安定，处境动乱者盼望治理。希望陛下彻底忘记我，割舍平民的恩爱情感，修炼黄老之术，用心保养精神，增加美食佳馔，广开神明思想，以利奠基万古无穷功业，于是则天下百姓有幸得到依赖，我就死而无憾了。我听说‘鸟之将死，其鸣也哀；人之将死，其言也善’，子囊临终，留下遗言对时政提出告诫，君子以此为忠诚之举。更何况是我，又怎能闭口不言呢？希望陛下听取采纳我的话，这样即使我死去，也犹同活着一般。”
孙登称陆逊忠勤于时，出身忧国，謇謇在公，有匪躬之节，又认为诸葛瑾、步骘、朱然、全琮、朱据、吕岱、吾粲、阚泽、严畯、张承、孙怡忠於为国，通达治体，希望孙权能多加亲近任用他们以令吴国昌盛。
奏疏在他气绝之后才被呈报上去，孙权因此更加悲伤，谈到他都不禁伤心流涕。谥孙登为宣太子。
孙登从前属官谢景当时为豫章太守，听闻太子亡故后不胜哀情，弃官奔丧。之后上表弹劾自己擅离职守。孙权安慰他道：“君与太子从事，异于他吏。”且派使者前往慰劳，允许他恢复本职，发遣还郡。