1905年(清光緒三十一年十一月)，進通州師范學校（今南通高等師范學校）求學，先編在本科丁班，后轉入新附設的測繪科和土木工科，向日籍教師宮本幾次系統(tǒng)學習新的建筑理論和設計，1908年（光緒三十四年十二月），以第一名的優(yōu)秀成績畢業(yè)。

經張謇向兩江總督端方的推薦，一畢業(yè)便到江寧勸業(yè)道供職，負責江蘇省咨議局建筑的設計和施工，受委派去日本考察建筑。至1909年(宣統(tǒng)元年)夏，省咨議局建筑竣工，這座建筑和孫支廈設計的南通總商會大廈，后被認為是新類型的建筑實例而編入《中國近代建筑簡史》一書。

民國建立后，孫支廈回到南通，先后任縣署、路工處技士。當時張謇對南通城市有所規(guī)劃，他直接受張謇的布置參加規(guī)劃的實施。負責建筑的設計和施工，主要項目有1913年(民國2年)改建州衙監(jiān)獄；1914年竣工的南通圖書館，張謇私人住宅濠南別業(yè)；1915年竣工的城中心鐘樓；1916年竣工的盲啞學校校舍，殘廢院院舍，軍山氣象臺；1919年建成的更俗劇場；1920年建成的伶工學社校舍，87米長的躍龍橋；1921年落成的俱樂部；1925完工的南通總商會大廈。這些建筑中尤以更俗劇場和總商會大廈的工程規(guī)模為大，其建筑水平當時在全國處領先地位。

張謇去世后，南通的城市建筑幾成停頓狀態(tài)，孫支廈離開家鄉(xiāng)去杭州、莫干山、黃山繼續(xù)從事建筑設計和施工，其中有張靜江在杭州和莫干山的住宅。

新中國成立以后，孫支廈又回到南通，仍然熱心投身于家鄉(xiāng)的建筑事業(yè)。除參與修繕天寧寺光孝塔、狼山支云塔等之外，還設計了唐閘人民公園，人民公園擴展的南半部分和三初中(今實驗中學)、三好中學(今西公園中學)的教學樓。作為南通市人民政府建設委員會的委員參與了南通市城市建設許多重大問題的研究，他還是歷屆中國人民政治協(xié)商會議南通市委員會的委員、常委。

孫支夏是中國近代最早的建筑師之一，是實現中國傳統(tǒng)建筑工匠向現代建筑師過渡的代表性人物。他所設計的江蘇省咨議局、南通總商會大廈、濠南別業(yè)等建筑是中國近代建筑史上的經典之作，《中國建筑簡史》等權威建筑史籍均已收入孫支夏設計的這三處建筑，而通崇海泰總商會大樓是孫支夏建筑設計水平最高的一處，它見證了南通曾經在全國領先的一段歷史，屬全國重點文物保護單位。