秦孝公於公元前381年出生，公元前362年繼位，僅21歲。
在秦孝公出生之前，秦國經歷了幾次君位動盪，國力削弱。魏國在此時奪取了河西之地。秦孝公的父親秦獻公在位時，於魏國講和，割地，安定邊境並遷都櫟陽。秦獻公數次東征，想要收復河西之地，無奈願望沒有實現就去世了。
秦孝公繼位時，戰國六雄已經形成。六雄在位國君分別是：齊威王、楚宣王、魏惠王、燕文公、韓昭侯、趙成侯。當時周王室勢力衰微，各諸侯間相互征伐吞併。戰國時期，秦國與楚國、魏國接壤。魏國佔據原本屬於秦國的河西之地，楚國佔據巫郡和黔中郡。秦國地處偏僻，不參加各諸侯國的盟會，被諸侯們疏遠，像對待夷狄一樣對待。秦孝公繼位後以恢復到秦穆公是的霸圖偉業為己任，在國內頒佈了著名的求賢令，命國人大臣獻富國強兵之策。
同時，秦孝公兵分兩路，向東圍攻陝城，向西進攻西戎。而趙、韓兩國也趁秦孝公繼位未穩之機率軍攻打秦國。
衛國人商鞅原本是在魏國公叔痤下做事，公叔痤臨時之前對魏惠王說如果不重用商鞅那就殺掉他，結果，魏惠王不重視當時名聲不顯的商鞅，在公叔痤死後既沒有重用也沒有除掉商鞅。商鞅在公叔痤死後聽聞秦孝公的求賢令，便攜帶李悝的《法經》投奔秦國，通過景監見到了秦孝公。商鞅見到秦孝公後，第一天以帝道之術考量秦孝公，第二天以王道之術考量秦孝公，孝公聽後直打瞌睡並通過景監責備商鞅。商鞅第三天以霸道之術說孝公，孝公聽後改變態度但沒有重用商鞅。商鞅最後暢談富國強兵之策，孝公聽後大喜，兩人暢談幾日後毫無倦意。
在商鞅的勸說下，秦孝公決定在秦國國內進行變法，但變法遭到了守舊派的反對。
變法之爭結束後，秦孝公於公元前359年命商鞅在秦國國內頒佈《墾草令》，作為全面變法的序幕。主要內容有：抑商重農，削弱貴族、官吏的特權以及其他措施。
《墾草令》在秦國成功實施後，公元前356年秦國國內實行第一次變法。主要內容為：改革戶籍制度，實行什伍連坐法、明令軍法，獎勵軍功、廢除世卿世祿制度、建立二十等軍功爵制、獎勵耕織，重農抑商，嚴懲私鬥、改法為律，制定秦律和推行小家庭制。
經過第一次變法後，秦國國力開始強大。公元前358年，秦國在西山擊敗韓國。公元前357年，楚宣王與秦國聯姻。公元前355年，秦孝公與魏惠王在杜平會盟，結束了秦國長期不與中原諸侯會盟的局面。
商鞅第一次變法後，太子觸其法，平定此次事件後。秦孝公於公元前350年命商鞅徵調士卒，按照魯國、衛國的國都規模在咸陽修築冀闕宮廷，營造新都，並於次年將國都從櫟陽遷至咸陽，同時命商鞅在秦國國內進行第二次變法。主要內容為：開阡陌封疆，廢井田，制轅田，允許土地私有及買賣、推行縣制、加收口賦、燔詩書而明法令和執行分戶令。
經過兩次變法後的秦國國力強大，百姓家家富裕充足。秦國人路不拾遺，山中沒有盜賊。人民勇於為國家打仗，怯於私鬥，鄉村、城鎮秩序安定。周顯王派使臣賜予秦孝公霸主的稱號，諸侯各國都派使者前來祝賀。
公元前348年，韓昭侯親自前往秦國，與秦孝公簽訂停戰盟約。前342年，秦孝公派太子駟率領西戎九十二國朝見周顯王，顯示了秦國西方霸主的地位。
公元前338年，秦孝公病危，《戰國策》記載秦孝公想傳位於商鞅，商鞅推辭不接受。秦孝公去世後，葬於弟圉，秦惠文王繼位。秦孝公去世後，商鞅因被公子虔誣陷謀反，戰敗死於彤地，其屍身被帶回咸陽，處以車裂後示眾。
後世，司馬遷評價秦孝公：“秦起襄公，章於文、繆，獻、孝之後，稍以蠶食六國，百有餘載，至始皇乃能並冠帶之倫。”
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