1995年，出演翟俊杰执导抗战电视剧《七战七捷》，在剧中首次饰演周恩来总理。1997年，参与拍摄了战争电视剧《大进军南线大追歼》和《大转折》。

2000年，在为中国共产党80周年诞辰创作的电视剧《日出东方》中饰演中国近代民主革命家廖仲恺。2001年，与史兰芽主演年代电视剧《鲁迅与许广平》，饰演文学家、思想家、中国现代文学的奠基人鲁迅。

2002年，在历史题材电视剧《非常公民》中饰演满洲国时期日本关东军高参、溥仪身边为的帝室御用挂吉冈安直。

2008年，出演民主人士张澜为追求民主富强和民族独立而顽强奋斗的一生的电视剧《民主之澜》，并再次饰演周恩来。2010年，与陈宝国、郭广平、高明和潘虹等主演谍战剧《决战南京》。同年与吴兴国、徐守莉合作主演爱情电影《爱在廊桥》，在电影中饰演北路戏戏班演员、靠喜饼店维持生计的阿旺。

2011年，主演革命历史剧《东方》，再次饰演周恩来，表现了周总理如何打开新中国外交新局面的形象。同年与唐国强、陈建斌、郑国霖合作主演革命题材电视剧《五星红旗迎风飘扬》，再次饰演周恩来，并凭借该剧获得了2011金南方年度重大题材演艺奖。同年再次与陈力导演合作，出演历史题材电影《湘江北去》，饰演无产阶级革命家何叔衡。

2012年，主演讲述了周恩来到革命老区调研四个昼夜的故事的电影《周恩来的四个昼夜》，

孙维民凭借此电影获得第29届中国电影金鸡奖的提名和最佳男主角奖的提名。

2013年，在近代传奇剧《末代皇帝传奇》中再次饰演周恩来。2014年，主演解放战争年代电影《一号目标》，在电影中饰演周恩来。

2015年，拍摄根据《我的伯父周恩来》改编的电视剧《海棠依旧》，饰演27年总理生涯里最接地气的一面的周恩来总理。2016年，出席中国金鸡百花电影节首届国际微电影展映盛典。

2018年5月27日，为弘扬周恩来精神，挖掘其现实意义以激励当代青年，《相会中华腾飞时·传世经典颂恩来》诗歌咏诵汇在周恩来母校天津市南开中学录制。王铁成、孙维民、朱亚文老中青三代周恩来扮演者联袂出场。

2019年9月19日，主演的历史、外交题材电视剧《外交风云》播出。