1909年，孙殿才出生在中宁县恩和乡的一个农民家庭。1924年在恩和高级小学读书时，受五四运动的影响，学校提倡民主、科学思想，使学生们受到了很大的教育，从而对贪官污吏、土豪劣绅的淫威和腐败的封建社会深恶痛绝。1926年9月，冯玉祥国民军联军由绥远途经宁夏入甘援陕策应北伐。在国民军联军驻宁夏期间，部队中的中共党员深入城乡各地进行革命宣传活动，中共党员刘屏先等人到中宁县恩和堡发动高级小学师生同封建势力和各种丑恶现象做斗争。孙殿才、张子华等人积极参加，在斗争中受到锻炼，经刘屏先介绍，孙殿才加入共青团。

　　1927年春，孙殿才到兰州上中学；同年秋，又转入甘肃省第五中学（宁夏中学前身）读书。当时，中共党员杜仲元在课堂上经常教育学生，要紧跟时代发展的潮流，将来解决中国的问题不是别人而是共产党，青年们需要努力。这对孙殿才和一些进步学生影响很大,他们积极接受党的教育，参加学校组织的各项进步活动。1930年秋，孙殿才到北平弘达学院读书。通过张子华找到了党组织，于12月由共青团员转为中国共产党党员，化名孙树德，任北平西城区宣传委员，以学生身份和张子华共同从事学生运动。

　　1931年5月，孙殿才受北平地下党组织的领导从事工人运动，经常装扮成黄包车夫或失业工人，深入工矿与工人密切接触。先后组织过电车工人、洋车工人、淘粪工人、铁路工人的罢工斗争。北平市工人混合委员会成立后，孙殿才任书记兼组织部部长。1932年6月，孙殿才化名王文清，调天津纱厂任党总支书记，组织和领导了纱厂工人的反日大罢工。1933年春，孙殿才先后任察哈尔省总工会、张家口总工会组织部部长，组建了平绥铁路工会，领导工人参加抗日游行和罢工斗争。

　　1933年秋，孙殿才又先后调任张家口抗日同盟军军部支部书记和东北抗日同盟军第一师政治部政训员。在向热河和河北南部进军中，遇国民党万福麟部队阻袭，在攻占小唐山战斗中因腿部受伤，同年冬返回北平，任全国总工会华北工人运动委员会委员和巡视员。1934年1月，孙殿才任唐山中共五登特委书记，和吴德尧、李拮伯等人组织领导了著名的唐山开滦煤矿和洋灰厂工人的罢工斗争。同年夏，孙殿才化名陈光华，先后任上海总工会执行局常委、宣传部部长及上海工人联合会书记，组织和领导了上海纱厂工人抗日罢工斗争，推动了上海抗日救亡运动。

　　1937年，“七七事变”后，孙殿才发动和组织工人拿起武器参加抗战。同年冬，在武汉田宛镇要塞司令部任特支书记，和李铸等人发动武汉船员和铁路工人组织武装别动队，配合武汉外围保卫战。在武汉坚持抗战半年之久。1938年秋，孙殿才化名赵忠国，在安徽省敌后无为、舒城、桐城等五县工作。在敌后组织武装斗争，打击伪军，粉碎日军扫荡，巩固和发展江北抗日根据地。

　　1941年3月，经刘少奇介绍，孙殿才到延安中央临时党校学习。1943年1月被调中共陕甘宁边区三边地委，任统战部部长。其间和国民党新十一旅的地下党负责人牛化东等人取得联系，团结邓宝珊抗日，促成新十一旅于1945年10月在安边起义。1943年秋，孙殿才化名赵忠国，秘密通知哥哥孙殿科到定边会晤。堂弟孙殿举、儿子孙福善等也先后到定边参加革命。本乡马少林、刘延相等人先后到定边参加革命，加入中国共产党，后又被派回宁夏工作。孙殿才的母亲、哥哥、弟弟、妻子等10余人先后到定边参加了革命。1947年4月定边失守，敌暂九师参谋处便衣特务何兆元将孙殿才的母亲、妻子、儿媳等8人逮捕入狱。在狱中，她们遭受严刑拷打，直到1949年1月才出狱。

　　1946年5月，孙殿才任中共宁夏工委副书记。1947年1月，任宁绥工委副书记。先后组建了回民游击队和回汉支队等地方武装部队，开展对敌斗争。4月，回汉支队改编为宁夏人民解放军，孙殿才任司令员。这支部队在孙殿才等人指挥下打击地方反动武装，牵制敌人，配合中国人民解放军作战。5月，中国人民解放军西北野战军攻克环县，孙殿才谒见了彭德怀等领导。宁夏人民解放军随主力部队北上作战。7月，中国人民解放军转人战略反攻，宁夏人民解放军仍恢复回汉支队番号，返回盐池南部山区继续在内线作战。先后击溃了盐、环、定各路清乡团，收复了大片失地，恢复了人民政权。

　　1948年秋，中共宁绥工委改为宁夏工委，孙殿才任书记。他和工委其他领导同志一道，在解放区开展减租反霸斗争，建立地方人民政权，发动解放区人民拥军拥政支援前线。他还大力开展统战工作，不断派人到西安、兰州、银川、吴忠等地活动，积极为解放宁夏做准备。1949年9月，宁夏解放，孙殿才带领中共宁夏工委随中国人民解放军十九兵团进驻银川。中共宁夏省委和宁夏省人民政府成立后，孙殿才任省委常委、副主席和西北军政委员会委员。

　　1954年9月，宁夏省撤销并入甘肃省，孙殿才任中共甘肃省委常委和副省长，先后被选为党的八大代表和一、二、三届全国人民代表大会代表。任职期间，经常深入农村调查研究，关心群众疾苦。1958年，当农村出现“浮夸风”时，他坚持实事求是，曾向省委提出意见，纠正这一错误倾向。在1957的“整风运动”中，孙殿才被错定为孙、陈、梁、曹“右派反党集团”，受到错误处理，下放甘肃引洮工程指挥部任处长。孙殿才虽然蒙受冤屈，但识大体、顾大局，坚持工作。1961年党中央派谢觉哉同志来甘肃调查，澄清了问题，称赞孙殿才同志是敢于实事求是、坚持说真话的好同志。

　　1963年初，中共中央决定撤销对孙殿才的错误处理，彻底恢复名誉。1964年5月，孙殿才任甘肃省政协副主席。在“文化大革命”中又遭受批斗折磨，以致身患重病，长期未得到有效治疗，不幸于1975年1月18日病逝。