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].