孙毅出生于1904年，河北省廊坊市大城县人，早年时期，他读了五年书，后考入河南陆军军官学校，并进入冯玉祥的西北军。参加西北军后，孙毅随部参加了北伐，为大革命浪潮的兴起贡献了一份力量，他也迅速在战争中成长起来，成为国民党的一名团副。
1930年，中原大战之后，冯玉祥战败下野，部队被收编，孙毅也被编入国民党26路军，并担任了26路军的中校参谋。值得一提的是，26路军是国民党的一支杂牌军，并不受重视，1931年年初，这支部队被派到江西进攻红军。
不过，26路军在江西期间的战斗并不顺利，甚至可以说屡战屡败。九一八事变之后，抗日救国成为社会主流，26路军的官兵也不愿意再把枪口对准自己人，他们甚至主动请缨，北上抵抗日本侵略者，只是被国民党高层拒绝。在这种背景下，1931年12月，季振同、董振堂等人领导26路军的官兵弃暗投明，加入了红军。
孙毅也随部加入了红军，成为红五军团的一员。加入红军之后，他担任了红十四军（隶属于红五军团）谍报科科长，不久后又担任了红四十一师参谋长以及红四十师参谋长等职务，随部参加了中央根据地的反“围剿”作战，立下赫赫战功。
1933年，孙毅加入了我党，成为一名光荣的党员。入党之后，他又担任了红一方面军教导师参谋长等职务，并在1934年10月跟随中央红军的主力部队踏上了长征之路。长征期间，孙毅担任了红三军团教导大队大队长、军团司令部教育科科长等职务，他翻雪山、过草地，历经千难万险后于1935年10月到达陕北。
到达陕北后，孙毅又参加了直罗镇、东征、西征以及山城堡等战役，并担任了红一军团副参谋长，建设与巩固了陕北根据地。全面抗战爆发后，他担任了八路军115师343旅参谋长，随部前往山西抗日前线，参与指挥了平型关战役，打击了日本侵略者的嚣张气焰。
1937年年底，孙毅被派到晋察冀根据地，担任了晋察冀军区军政干部学校校长、晋察冀军区参谋长等职务，参与指挥了晋察冀根据地的反“扫荡”作战，并致力于为我军培养优秀的抗日军政干部，从而壮大了抗日力量，促进了抗战的胜利。
抗战胜利后，孙毅又担任了冀中军区代理司令员、司令员以及河北省军区司令员，参与指挥了解放华北的一系列作战，例如解放石家庄以及平津战役，歼灭敌人大量有生力量，为革命的胜利立下赫赫战功。
新中国成立后，孙毅担任了华北陆军军官学校校长、华北高级步兵学校校长、华北军区副参谋长以及训练总监部副部长等职务，致力于为我军培养优秀的军事人才，1955年，他被授予中将军衔，成为开国中将。授衔之后，孙毅又担任了总参谋部军训部副部长，继续投身我军的作战训练等工作，为我军的革命化与正规化建设倾注了大量心血。
在1966年开始的那段历史时期中，孙毅也受到冲击与迫害，但他意志坚定，始终保持着一个党员的铮铮铁骨，与造反派进行了不懈的斗争。1975年，孙毅重新复出，此后他担任了总参谋部顾问等职务，享受大军区正职待遇。2003年，孙毅因病去世，享年99岁。