孫家棟是我國人造衛星技術和深空探測技術的開創者之一,為我國突破衛星基本技術、衛星返回技術、地球靜止軌道衛星發射和定點技術、導航衛星組網技術和深空探測基本技術作出了重大貢獻;為創建和發展我國人造衛星總體技術、衛星航天工程管理技術和深空探測技術,作出了系統的、創造性的成就和貢獻;是我國月球探測的主要倡導者之一,擔任月球探測一期工程的總設計師,確定了工程目標和工程總體方案,對工程各大系統的技術途徑作出重要決策。
1988年當選國際宇航科學院院士,1992年當選中科院院士,1996年當選國際歐亞科學院院士。1999年榮獲“兩彈一星”功勛獎章,2010年1月11日獲國家最高科學技術獎。
歷任國防部五院一分院設計部研究室主任、七機部五院院長、航空航天部副部長,中國航天工業總公司科技委主任等職。現任航天科技集團公司高級技術顧問、國家航天局特別顧問、總裝備部科技委顧問。現任北斗衛星導航工程、風云二號靜止氣象衛星航天工程的總設計師。