孙海燕2005年毕业于山东大学应用物理学(本科学位), 2008年获得材料物理学硕士学位。2012年她获得慕尼黑大学自然科学博士学位。她的研究主要集中在有机-无机杂化太阳能电池以及研究纳米结构半导体对器件性能的影响。
在她的博士研究之后,她在剑桥大学访问期间继续她的大型柔性混合太阳能电池的研究。之后, 2013年,她曾在中国科学院工作,研究电浆太阳能电池中的Au纳米粒子和碳纳米材料在锂离子电池中的的应用。
目前她在意大利工业技术研究院作为博士后研究员(石墨烯旗舰奖学金)参与开发石墨烯的能源转换和存储的应用。目前,她的研究主要集中在石墨烯和基于二维的锂离子电池和柔性器件。