他是明朝的一位西洋火炮专家，孙元化的祖父孙抬是明给事中孙浚的后裔，在江东高桥镇（现在的上海浦东）生活，他有三个子嗣。他的父亲孙继统热衷于诗作，不愿意做官，所以他们搬到嘉定居住。1581年，孙元化出生在嘉定县高桥何家弄，后来他们搬到了嘉定县城。他天资聪颖好奇心强，对各种事情都很敏感和好奇。（光绪《嘉定县志·人物》）他曾去上海县徐光启学馆学习。（程嘉燧《寿怀西徐翁序》）
1612年，他考上了举人，但因为对西学充满热情而放弃了科举功名，全身心地投入到研究西学中。在徐光启老师的帮助下，他接触到了西洋教士和西学。当徐光启皈依基督教之后，他认为基督教能“补益王化，左右儒术，救正佛法”，于是1621年在北京受洗成为基督徒。这也让他邀请外国教士来到家乡开设教堂，使得嘉定成为了中国天主教活动的一个中心之一。
1622年，当辽省防务紧张时，孙元化向朝廷提出了两份策略：《备京》、《防边》，这些策略得到朝廷重视。在蓟辽经略期间，由兵部尚书孙承宗任命，用的是孙元化设计筑台制炮的方法，并且参与了宁远城的建设。（《明史·孙承宗传》）随后，由侯震旸保荐，从军前往辽东，与袁崇焕共同驻守宁远，对抗金族起了极大的作用。次年，在努尔哈赤率领6万大军猛攻宁远时，他们共布置了11门大炮，这些大炮威力惊人，使努尔哈赤受重伤，最终病死，是为“宁远大捷”。这一切证明了筑台制炮是抵御金族最好的战术。
然而，由于魏忠贤专权事件，让袁崇焕引退，而孔回乡失去了职位。但他的贡献并没有被遗忘，他留下的历史足以证明自己作为一代儒将的地位和影响力。
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