Après avoir travaillé comme caméraman sur des films documentaires et didactiques sur l'agriculture, Sun Zhou devient, en 1980, caméraman et réalisateur pour la télévision.

Il étudie à l'Institut du Cinéma de Pékin et tourne son premier long métrage en 1987. Trois ans plus tard, il est engagé comme réalisateur par le studio Zhu Yang et fonde, en 1991, une société de production indépendante au sein de laquelle il signe Xin Xiang en 1993 et Plus fort que le silence en 1999. La même année, il interprète le rôle du prince de Yan aux côtés de Gong Li dans L'empereur et l'assassin de Chen Kaige.