里约奥运会上，孙梦然是中国队中发挥最出色的球员，场均12.4分位列全队之首，另外还有5.0个篮板球以及1.6次助攻。
　　这是孙梦然第一次参加奥运会，她说自己刚开始的时候还是有些紧张，不过一进入比赛状态就适应了。奥运赛场上，孙梦然见识到了高水平球队的打球风格，这让她受益匪浅。“世界强队在球权的争夺以及应变能力上都非常出色，而且她们的队员在场上很淡定，打得非常沉稳，这都是我学到的宝贵经验。”
　　奥运会上面对强敌，孙梦然打得非常强硬、果断，小组赛第二场对阵塞内加尔，她得到17分和5个篮板，帮助中国队击败对手，保留了晋级八强的希望。对阵塞尔维亚和美国，她都得到16分，尤其是对美国队一场，孙梦然不光在内线得分，还经常拉到外线投三分球，全场她三分球5投3中，这不仅可以看到她比较全面的技术特点，更可以看到她面对冠军球队时那种不畏强敌的劲头。
　　身高1.95米的孙梦然遗传了父母的篮球基因，在八一队她与自己的偶像陈楠一起训练参赛，学到了很多东西。2009年，只有17岁的孙梦然出现在了WCBA联赛赛场上。2012年伦敦奥运会之后，陈楠逐渐淡出，孙梦然成为八一队内线的绝对主力。
　　2011年，孙梦然被征召进国青女篮，并且随队征战了女篮U19世锦赛，场均贡献7.1分和3.2个篮板，此后她就成为了国家队的常客，2013年女篮亚锦赛、2014年土耳其世锦赛、2015年武汉亚锦赛上都出现了她的身影。
　　如今，“陈楠接班人”的称呼已经落到了孙梦然身上，对此小姑娘总是谦虚地表示：“陈楠是我的楷模，我觉得谁都无法成为她，我也一样，只能尽力去提高自己，在八一队和国家队都像陈楠一样，做更多的贡献。”孙梦然说，她喜欢NBA马刺队的邓肯，因为后者打球很积极，勤勤恳恳，而且为马刺效力这么多年，因此在八一队，孙梦然的球队号码特意选择了21号，“目的就是向邓肯致敬，希望自己也能像他一样，未来打出属于自己的一片天。”