Tôn Lâm là em họ Tôn Tuấn, cả hai người đều là chắt của Tôn Tĩnh – em Tôn Kiên. Sử sách ghi rất ít về ông trước năm 256.
Dưới thời Tôn Tuấn làm thừa tướng, Tôn Lâm được phong làm Thiên tướng quân[1]
Năm 256, Tôn Tuấn qua đời, chọn Tôn Lâm kế tục làm phụ chính, giữ chức Thị trung vũ vệ tướng quân. Tướng Lã Cứ (con Lã Phạm) và Đằng Dận bất bình vì sự chuyên quyền của anh em Tôn Lâm bèn liên kết với nhau chống lại. Tôn Lâm ra tay dẹp yên, giết chết Đằng Dận và buộc Lã Cứ tự sát. Sau vụ thanh trừng đó, Tôn Lâm khét tiếng là người tàn bạo[1].
Năm 257, vua nhỏ Tôn Lượng lên 14 tuổi, bắt đầu tự quyết việc triều chính, tự mình thiết lập một đội hộ vệ riêng. Tôn Lâm thấy không còn chuyên quyền được như trước và tỏ ra lo lắng về sự trưởng thành của vua Ngô.
Năm 258, tướng Tào Ngụy là Gia Cát Đản khởi binh chống quyền thần Tư Mã Chiêu, đề nghị Đông Ngô hợp tác. Tôn Lâm sai Toàn Dịch cùng hàng tướng Tào Ngụy mới sang là Văn Khâm mang quân vượt sông giúp Gia Cát Đản. Bản thân ông cũng khởi đại binh theo sau đóng ở xa Thọ Xuân. Trong khi Gia Cát Đản bị Tư Mã Chiêu vây hãm trong thành, Tôn Lâm không đến ứng cứu[2].
Sau đó Tôn Lâm giết hại tướng Chu Dị, một viên tướng có uy tín với tướng sĩ, vì làm trái ý mình, khiến binh lính trong hàng ngũ Đông Ngô bất bình. Quân Ngô sức chiến đấu giảm hẳn, cuối cùng thất bại phải rút lui năm 258. Gia Cát Đản bị Tư Mã Chiêu tiêu diệt[2].
Phế Tôn Lượng
Tôn Lâm biết tướng sĩ và vua nhỏ Tôn Lượng không bằng lòng với mình, bèn không về Kiến Nghiệp, và sai những người thân tín vào làm túc vệ bên cạnh Tôn Lượng, thay những người Tôn Lượng đã lựa chọn. Tôn Lượng càng tức giận, bèn sai tướng Lưu Thừa (劉丞) và cha vợ là Toàn Thượng (全尚) cùng anh rể Toàn Ký (全記) chuẩn bị lật đổ Tôn Lâm.
Tuy nhiên, Toàn Thượng lại lộ chuyện với vợ. Vợ Toàn Thượng là chị họ Tôn Lâm nên báo cho Tôn Lâm biết. Tôn Lâm lập tức ra tay trước, mang quân bắt giữ Toàn Thượng, giết Lưu Thừa, rồi phế truất thiếu đế Tôn Lượng. Ông chọn người anh lớn của Tôn Lượng là Tôn Hưu lập làm vua, tức là Ngô Cảnh Đế[3], giáng Tôn Lượng xuống làm Cối Kê Vương.
Bị giết
Ngô Cảnh Đế phong Tôn Lâm làm thừa tướng, gia phong cho Tôn Lâm thêm 5 huyện làm thực ấp và cho các anh em ông tước hầu. Quyền hành nhà Tôn Lâm khuynh đảo triều đình. Tuy nhiên, trước sự chuyên quyền của Tôn Lâm, Ngô Cảnh Đế cũng không bằng lòng và muốn trừ khử.
Tôn Lâm mang rượu thịt vào cung muốn bày tiệc với Cảnh Đế nhưng Cảnh Đế từ chối. Ông bèn mang rượu thịt sang nhà Trương Bố (張布, con Trương Chiêu) và phàn nàn với Trương Bố về sự từ chối của vua Ngô. Trương Bố tâu lại với Cảnh Đế về sự bất mãn của ông. Cảnh Đế bắt đầu đối phó với Tôn Lâm dù bề ngoài vẫn vui vẻ.
Ít lâu sau Tôn Lâm kiến nghị Ngô Cảnh Đế dời đô từ Kiến Nghiệp và xây dựng kinh đô mới ở Vũ Xương. Cảnh Đế chấp thuận, nhưng trong lòng đoán ông sẽ chiếm Vũ Xương để nổi loạn. Vì vậy Cảnh Đế bàn với Trương Bố và lão tướng Đinh Phụng giết ông vào ngày lễ lạp bát (ngày 8 tháng chạp).
Dù ý định lật đổ Tôn Lâm lộ ra ngoài, ông vẫn đến dự lễ và bị quân lính của Đinh Phụng, Trương Bố bắt giữ. Ông xin Cảnh Đế được đi đày ở Giao Châu (Bắc và Trung Việt Nam hiện nay), nhưng Cảnh Đế từ chối, vì ông đã không cho Đằng Dận và Lã Cứ lựa chọn đó. Ông cùng những người cùng cánh bị xử tử. Năm đó Tôn Lâm 28 tuổi.
Sau khi Tôn Lâm mất, có tới 5.000 người Đông Ngô đốt pháo ăn mừng[1]