Первый раз в статусе профессионального футболиста вышел на поле 28 мая 1995 года в составе клуба «Далянь Шидэ». С 1998 по 1999 годы играл в «Кристал Пэлас». Сунь Цзихай вместе с Фань Чжии стали первыми китайскими футболистами в чемпионатах Англии. После года, проведенного в Англии, вернулся в Китай.
В 2002 году перешёл в «Манчестер Сити» за 2 миллиона фунтов. В сентябре 2002 года был признан игроком месяца в составе клуба, а в октябре 2002 года стал первым китайским футболистом, забившем гол в Премьер-лиге.
В 2008 году перешёл в «Шеффилд Юнайтед». Вскоре он получил серьёзную травму и потерял место в составе.
В 2009 году вернулся на родину, где подписал контракт с клубом «Чэнду Блэйдс».
С 8 января 2010 года перешёл в «Шэньси Чаньба», клуб, который тренировал знакомый ему по сборной Чжу Гуанху.
Первый матч за сборную провёл 6 декабря 1996 года против команды Узбекистана.
Был включен в заявку сборной Китая на Чемпионат мира по футболу 2002 года. В первом же матче против Коста-Рики получил травму и был заменён, после чего в остальных играх на поле не выходил.
3 января 2012 года «Манчестер Сити» вручил игроку специальную футболку с номером, отражающим количество встреч, которое Сунь Цзихай провёл за команду - 130.