2009年，孙承源出演音乐剧《春季Awakening》出道   。2011年1月，参演的励志运动电影《棒球之爱》上映，这是他出演的首部影视作品。11月起，出演音乐剧《Thrill Me》。2013年6月起，主演音乐剧《海德薇格》   。

2014年10月，与金所泫搭档主演KBS独幕剧《不一样的哭泣》，在剧中饰演女高中生韩智慧的哥哥、不良少年韩智汉，这是他首次出演影视作品男主角。11月，在MBC长篇家庭剧《甜蜜的秘密》中饰演女主角韩美丽的弟弟韩镇宇   。12月，出演KBS悬疑动作爱情剧《Healer》，在剧中饰演男主角徐正厚的父亲年轻时的好友朴相元   。

2015年3月，出演由朴信阳、姜素拉主演的KBS法律剧《邻家律师赵德浩》。6月，由徐仁国、张娜拉主演的KBS悬疑剧《记得你》开播，孙承源在剧中饰演特殊犯罪调查组组员崔恩福   。2016年7月，出演JTBC青春喜剧《青春时代》，与朴恩斌饰演一对情侣   。8月起，出演音乐剧《那些日子》。11月，搭档李允智主演的MBC长篇亲情剧《给予幸福的人》开播，孙承源在剧中饰演生活环境优越、为人谦虚又温暖的电视剧制作人李健宇   。

2017年8月，与朴恩斌继续搭档出演电视剧《青春时代》的续集电视剧《青春时代2》   。12月，戴着“胡桃夹子”面具出演MBC音乐综艺节目《蒙面歌王》   。2018年2月，主演JTBC轻喜剧《加油吧威基基》，在剧中饰演威基基民宿三人组之一的男青年奉斗植   。