孫元化，字初陽，號火東，川沙縣高橋鎮人，西洋火炮專家。從徐光啟學西洋火器法，孫承宗薦為兵部司務，在邊築台制炮，進兵部職方主事，為職方郎中，三年以右僉都御史，巡撫登萊，因叛將孔有德攻陷登州，後孔有德在登州攜帶大量紅夷火炮和炮手渡海投降後金，使後金有了火器攻城能力，孫元化因此被斬首於北京菜市口。
孫元化，祖父孫抬是明給事中孫浚的後裔，居江東高橋鎮，有子3人，父親孫繼統，致力於詩作不願為官，後遷居嘉定。孫元化出生在嘉定縣高橋何家弄，後遷居嘉定縣城，天資異敏，好奇略，曾到徐光啟學館受業，從徐光啟學習火器和數學，只因熱心西學，未能考中進士，遂放棄科舉功名，潛心研究西學。
因恩師徐光啟接觸到西洋教士和西學，在徐光啟入教後，他確認天主教能「補益王化，左右儒術，救正佛法」後，在北京受洗入教，即邀請洋教士到家鄉嘉定開教，遂使嘉定成為中國天主教活動中心之一。
遼省防務吃緊，孫元化向朝廷條呈《備京》、《防邊》兩策，受到朝廷的重視，兵部尚書孫承宗出任薊遼經略，用孫元化築台制炮主張，築寧遠城，孫主其事。後經侯震暘保薦從軍遼東，協同袁崇煥駐守寧遠，對袁崇煥等幫助極大，袁崇煥譽為識慧兩精。助袁崇煥守寧遠，努爾哈赤率6萬大軍號稱20萬猛攻寧遠，明軍城頭共布置有11門大炮，威力驚人，努爾哈赤身受重傷，七個月後病死，史稱「寧遠大捷」，事實證明築台制炮是抗金最佳方略。由於奸人魏忠賢專權，袁崇煥被迫引退，孫元化也被罷官回鄉。
崇禎接位，誅殺魏忠賢，袁崇煥復出，點名要孫元化襄贊遼省軍務。金兵直犯北京，多疑的崇禎中了皇太極的反間計，冤殺袁崇煥，孫元化在關內關外隔絕的困境中，團結將士，藉助西洋大炮，駐防的八城、二十四堡屹立不動。
孫元化力主以廣寧為抗金前沿陣地，逐步向前推進，明廷未採納其正確主張。孫元化隨孫承宗鎮守山海關，加山東按察副使，兵部尚書梁廷棟破格薦用孫元化升登、萊二州巡撫。孫元化在登州網羅西學英才，大膽募用西士，組建一支有27名歐人的外籍軍團，使登州成為「東陲之西學堡壘」。後袁崇煥殺毛文龍，皮島舊將譁變，登萊巡撫孫元化接收了皮島的叛將孔有德、耿仲明、李九成等人，孔有德被任命為騎兵參將，耿仲明則被派往登州要塞。
皇太極率清兵攻大凌河，祖大壽圍於城內，糧盡援絕，孫元化奉命派兵赴援。孫元化撫登時，遼人避戰亂居山東者十萬餘人，孫認為遼人可用，重用了一批遼將，今要赴援遼省，急令孔有德以八百騎趕赴前線增援。然登州遼東兵與山東兵素不和，孔有德抵達吳橋時，因遇大雨春雪，部隊給養不足，士兵搶劫譁變。孔有德受毛文龍舊部李九成之子李應元的煽動，在吳橋發動叛亂，史稱「吳橋兵變」。
孔有德倒戈殺回山東半島，連陷臨邑、陵縣、商河、青城諸城，率兵直趨登州，孫元化急令張燾率遼兵守登州城外，與總兵官張可大發兵抗擊，兩路成合擊之勢。然張燾與孔有德舊識，張燾的兵卒隨即投入孔有德行列，而張可大部大敗。與孔有德是舊交的登州中軍耿仲明、陳光福等，舉火開門響應，登州失陷，總兵張可大自殺，孫元化戰敗自刎未遂，為叛軍所俘。
孫元化對孔有德等叛將曉以利害，明以大義，孔有德回心轉意，請求招安，朝廷也同意孫元化帶罪招撫，但巡按王道純藏匿了詔書，叛軍長時間求招安不得復亂。孫元化又說服叛軍，讓他回朝陳明真相，孫元化返京之際，王道純襲擊叛軍，亂事擴大。兵變發生後，朝中多言孫元化已反，孫元化、余大成等人被逮至京師鎮撫司，為政敵余應桂、李夢辰、路振飛所陷害，獄中曾遭嚴刑。
至此，孫元化有口難辯，被崇禎以禍亂之首判處死罪，首輔周延儒欲免元化死罪，求救於徐光啟，終無法挽回，最後余大成、宋光蘭、王征等遣戍充軍，孫元化與張燾同被處死，孫元化在北京西市斬首，年僅51歲。冤死一事被其子孫和斗寫進了《國恤家冤錄》一書，遺體被兒子和部下迎葬於嘉定南門外的荒圩中，墳前立有一方石碑，上書「僉都御史孫元化墓」，湯若望曾在孫元化死
