1940年生，诸暨人。1964年浙江大学化工系毕业后留校任教，历任浙大化工系自动化专业负责人、化工动态学及过程控制研究室副主任、化工系副教授、工业控制技术研究所所长、教授、国家重点研究室主任、博士生导师、工业自动化国家工程研究中心主任、石油化工学院副院长、控制工程科学院院长等职，又任民盟中央委员、民盟浙江省主委，系八届全国人大代表。1995年，当选为中国工程院信息与电子工程学部院士。
孙优贤院士坚持基础研究、应用研究和开发研究三驾齐驱，努力促进科技成果转化成生产力，有5项科研成果处于国际先进水平。在国内外首次系统地提出了一套适合于复杂工业系统高度不确定性、高度非线性、高度关联性、特大纯滞后和信息不完全性等特性的现代控制工程的新技术和新方法；根据工业控制系统中传感器、执行器、控制器和有关设备容易出现故障的状况，系统、全面、深入地研究了容错控制技术，在故障的检测、分离、补偿和系统重构等方面作出了贡献；为提高控制系统的可靠性，解决了非线性时变随机系统的在线故障检测与诊断。任高校第一个国家工程研究中心主任时，重视硬件建设和软件建设，使之达到一流水平。在硬件建设方面，成功地研制出SUPCON集散控制系统，解决了该系统的 1:1双机热冗余技术、冷热启动技术、多CPU并行处理等关键技术，并在我国重要工业部门推广应用。90年代开发出SUN—YJDCS9200造纸厂集散控制系统。所解决的无笔记录仪重大关键技术，填补了国内空白。在软件建设方面，负责大型钢铁厂均热炉、加热炉、轧前过程、轧机生产线等四条生产线计算机控制系统商品软件的总体设计，达到国际领先水平。在国际上首先用机理分析法建立了造纸过程的传质、传热方程，在国内首先推出3套多功能造纸计算机控制系统，研制6种关键造纸专用仪表和设备，为造纸自动化奠定基础。
孙优贤院士撰有《现代控制理论的工程应用》等专著4部，计207万字，发表论文140余篇，获专利4项。