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1933年7月23日出生于江苏金坛，1956年加入中国共产党。1950-1953年，就读于南京大学地质系，自1953年起到中国科学院原地质研究所工作，历任副研究员、研究员、副所长、所长。1987年-1991年，任中国科学院资源环境科学局局长。1991年-1999年，任国家自然科学基金委员会副主任。1992年-2006年，历任中国科学院地学部副主任、主任。2008年-2012年任中国科学院学部主席团成员。2000年回到emc易倍工作。
孙枢先生自1953年参加工作以来，将毕生精力献给祖国的科学事业，从小兴安岭-黑龙江流域综合科学考察伊始，到元古代沉积盆地解析、富铁矿会战、磷块岩研究，到华南大地构造演化研究，到中国大地构造相编图和新疆地壳演化，到大洋钻探和一系列国际地质对比计划。他在沉积学和沉积大地构造学领域以及解决国家经济建设、社会发展重大需求方面做出了重大贡献，出版多部专著，发表科技论文200余篇。主要著作有《小秦岭、张广才岭和完达山地区地质》，《川西磷酸岩》，《豫陕中－晚元古代沉积盆地（一）（二）》，《华北断块区南部前寒武纪地质演化》，《华南中新生代沉积史》，《中国印支造山带与东特提斯的消亡》等。
由于在科学上取得的卓越成就，孙枢先生获得多项称号和科学奖励。他是中国科学院院士（1991）、第三世界科学院院士（1989）、国际欧亚科学院院士（1996）和伦敦地质学会（终身）荣誉会员（1989）。获得的重要奖励包括“国家自然科学奖二等奖”（1987）、两次获得“中国科学院科技进步奖二等奖”（1986、1987）、何梁何利“科学与技术进步奖”（1997）、“中国沉积学成就奖”（2013）、“终身奉献海洋”纪念奖章（2015）。
孙枢先生积极推动中国的科学传播工作，他表示中国的科学进步通过国际刊物传播，这在当代是绝对不可少的；但同时也需要有我国自己主办的国际性学术期刊，使其成为综合国力的一部分。为此，他曾担任《中国科学?地球科学》等杂志的主编、副主编，《Journal of Asian Earth Sciences》以及若干其它科技期刊编委，积极践行这一科学使命。
孙枢先生是我国著名的科技管理专家和地学、资源环境领域战略科学家，长期主持或参与我国地球科学及资源环境科学发展战略研究，为我国相关领域的规划和发展做出了重要贡献。1990年代以来，他提出“从地学大国走向地学强国” 等战略目标。1994年，他首先提出中国科学数据共享的问题并积极推动其在联合国层面的合作，相关工作得到联合国秘书长和副秘书长的高度评价。他曾在十多个国内、国际重要学术组织中担任要职，如中国地质学会、中国矿物岩石地球化学学会和中国石油学会副理事长、太平洋科学协会地球科学委员会主席、国际沉积学家协会理事、国际地科联全球沉积地质计划委员会(GSGP)委员、国际岩石圈计划（ILP）执行局委员，为推动国内外科技合作交流，提高我国有关领域的国际地位发挥了重要作用。
2018年2月11日逝世于北京。
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