生平
少時家貧，無力購書；十九歲與王采薇成婚，王氏於乾隆四十一年（1776）因病去世，遂入畢沅府中充幕客[5]。父孫勳，弟孫星衡；妻王采薇，子孫廷鐻、孫廞，女孫漪蕙，另有過繼嗣子孫籛[6]。
少工詞章，與同鄉洪亮吉、黃仲則等齊名；後深究經史、文字音訓之學，旁及諸子百家，必通其義[7]。又與郝懿行、洪亮吉、畢沅等交遊，曾受學於錢大昕、畢沅，並與阮元同學、同門[8]。
科舉履歷見鄉貢舉人、附貢生；乾隆五十二年（1787）殿試一甲第二名（榜眼），授翰林院編修，充三通館校理[9]。乾隆五十四年（1789）散館，試《厲志賦》時用《史記》典故，和珅疑為別字，置為三等，改部屬用；入刑部任主事，為法寬恕，深得阿桂、胡季堂器重，洊升郎中[10]。
乾隆六十年（1795）授山東兗沂曹濟道[11]。嘉慶元年（1796）七月，曹南水漫灘潰，單縣決口，孫星衍與按察使康基田率人奮戰五晝夜，未釀成大禍；不久權按察使[12]。嘉慶四年（1799）丁母憂歸里，浙江巡撫阮元聘其為詁經精舍主講；服闋入都，仍發往山東[13]。
嘉慶十年（1805）補山東督糧道，在山東期間進行古籍考據整理[14]。嘉慶十二年（1807）代理布政使；嘉慶十六年（1811）稱病歸返[15]。嘉慶十九年（1814）七月，受揚州鹽政阿桂聘請，至揚州參校《全唐文》；嘉慶二十年（1815）撰成《尚書今古文注疏》[16]。晚年任鐘山書院山長，嘉慶二十三年（1818）卒[17]。
學術與著作
其學術涵蓋經史、文字音訓、諸子百家，並旁及考據、金石、地理；少工詞章，兼擅詩、詞與書法[18]。曾輯刊《平津館叢書》《岱南閣叢書》，著有《尚書今古文注疏》《芳茂山人集》，並有《芳茂山人詩錄》[19]。書目中另見《寰宇訪碑錄》《魏三體石經遺字考》《晏子春秋音義》《問字堂集》等[20]。
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