孙元化，字初阳，号火东，川沙县高桥镇人，西洋火炮专家。从徐光启学西洋火器法，孙承宗荐为兵部司务，在边筑台制炮，进兵部职方主事，为职方郎中，三年以右佥都御史，巡抚登莱，因叛将孔有德攻陷登州，后孔有德在登州携带大量红夷火炮和炮手渡海投降后金，使后金有了火器攻城能力，孙元化因此被斩首于北京菜市口。
孙元化，祖父孙抬是明给事中孙浚的后裔，居江东高桥镇，有子3人，父亲孙继统，致力于诗作不愿为官，后迁居嘉定。孙元化出生在嘉定县高桥何家弄，后迁居嘉定县城，天资异敏，好奇略，曾到徐光启学馆受业，从徐光启学习火器和数学，只因热心西学，未能考中进士，遂放弃科举功名，潜心研究西学。
因恩师徐光启接触到西洋教士和西学，在徐光启入教后，他确认天主教能“补益王化，左右儒术，救正佛法”后，在北京受洗入教，即邀请洋教士到家乡嘉定开教，遂使嘉定成为中国天主教活动中心之一。
辽省防务吃紧，孙元化向朝廷条呈《备京》、《防边》两策，受到朝廷的重视，兵部尚书孙承宗出任蓟辽经略，用孙元化筑台制炮主张，筑宁远城，孙主其事。后经侯震旸保荐从军辽东，协同袁崇焕驻守宁远，对袁崇焕等帮助极大，袁崇焕誉为识慧两精。助袁崇焕守宁远，努尔哈赤率6万大军号称20万猛攻宁远，明军城头共布置有11门大炮，威力惊人，努尔哈赤身受重伤，七个月后病死，史称“宁远大捷”，事实证明筑台制炮是抗金最佳方略。由于奸人魏忠贤专权，袁崇焕被迫引退，孙元化也被罢官回乡。
崇祯接位，诛杀魏忠贤，袁崇焕复出，点名要孙元化襄赞辽省军务。金兵直犯北京，多疑的崇祯中了皇太极的反间计，冤杀袁崇焕，孙元化在关内关外隔绝的困境中，团结将士，借助西洋大炮，驻防的八城、二十四堡屹立不动。
孙元化力主以广宁为抗金前沿阵地，逐步向前推进，明廷未采纳其正确主张。孙元化随孙承宗镇守山海关，加山东按察副使，兵部尚书梁廷栋破格荐用孙元化升登、莱二州巡抚。孙元化在登州网罗西学英才，大胆募用西士，组建一支有27名欧人的外籍军团，使登州成为“东陲之西学堡垒”。后袁崇焕杀毛文龙，皮岛旧将哗变，登莱巡抚孙元化接收了皮岛的叛将孔有德、耿仲明、李九成等人，孔有德被任命为骑兵参将，耿仲明则被派往登州要塞。
皇太极率清兵攻大凌河，祖大寿围于城内，粮尽援绝，孙元化奉命派兵赴援。孙元化抚登时，辽人避战乱居山东者十万余人，孙认为辽人可用，重用了一批辽将，今要赴援辽省，急令孔有德以八百骑赶赴前线增援。然登州辽东兵与山东兵素不和，孔有德抵达吴桥时，因遇大雨春雪，部队给养不足，士兵抢劫哗变。孔有德受毛文龙旧部李九成之子李应元的煽动，在吴桥发动叛乱，史称“吴桥兵变”。
孔有德倒戈杀回山东半岛，连陷临邑、陵县、商河、青城诸城，率兵直趋登州，孙元化急令张焘率辽兵守登州城外，与总兵官张可大发兵抗击，两路成合击之势。然张焘与孔有德旧识，张焘的兵卒随即投入孔有德行列，而张可大部大败。与孔有德是旧交的登州中军耿仲明、陈光福等，举火开门响应，登州失陷，总兵张可大自杀，孙元化战败自刎未遂，为叛军所俘。
孙元化对孔有德等叛将晓以利害，明以大义，孔有德回心转意，请求招安，朝廷也同意孙元化带罪招抚，但巡按王道纯藏匿了诏书，叛军长时间求招安不得复乱。孙元化又说服叛军，让他回朝陈明真相，孙元化返京之际，王道纯袭击叛军，乱事扩大。兵变发生后，朝中多言孙元化已反，孙元化、余大成等人被逮至京师镇抚司，为政敌余应桂、李梦辰、路振飞所陷害，狱中曾遭严刑。
至此，孙元化有口难辩，被崇祯以祸乱之首判处死罪，首辅周延儒欲免元化死罪，求救于徐光启，终无法挽回，最后余大成、宋光兰、王征等遣戍充军，孙元化与张焘同被处死，孙元化在北京西市斩首，年仅51岁。冤死一事被其子孙和斗写进了《国恤家冤录》一书，遗体被儿子和部下迎葬于嘉定南门外的荒圩中，坟前立有一方石碑，上书“佥都御史孙元化墓”，汤若望曾在孙元化死前乔装成送炭工入狱探望，为其最后告解。
孙元化，短短一生，有两事影响历史：一、以炮术报效国家，近则有功辽防，远则有利西学传播；二、开教嘉定，两事均与教士东来、西学东渐相关。孙元化是天主教徒，圣名依纳爵，一生重视西方科学，为西洋火炮专家，孙元化之死，代表西方军事专家派淡出明朝军队。他的三个儿子：孙和鼎、孙和斗、孙和京。孙和斗，屡次谢绝父亲部属的举荐，不愿为官，潜心整理父亲的文稿，编成《水一方人集》。