长孙炽出生于关陇贵族世家河南长孙氏，先祖长孙道生，北魏太武帝时，册封上党王。

北周时期

长孙炽生性聪明，长相俊美，文武双全。建德初年，北周武帝宇文邕设立通道馆（研究道教）时，入选为通道馆学士。

建德二年（573年），授雍州仓城县令，不久转任盩厔县令。政绩卓著，升为崤郡太守，后调入京城任天官府御正上士（为皇帝起草诏令）。隋国公杨坚担任大丞相时，出任相府功曹参军，加大都督，封阳高县子，食邑二百户。大象二年（580年），升为稍伯下大夫（属于地官府，司地方行政事务）。同年七月，益州总管王谦在四川起兵叛乱，长孙炽跟随信州总管王长述从长江溯流而上，担任前军先锋，平定楚州、合州（重庆合川）等五州，擒获荆山公元振，以功拜仪同三司。

隋朝时期

开皇元年（581年）二月，杨坚登基为帝，长孙炽率官属负责清宫，即日授内史舍人、上仪同三司。不久以本官摄判太子右庶子，以处事周密，被杨坚赞赏。

杨坚即位不久，派出八个使者出巡各省风俗，废弃获设置州郡。长孙炽担任其一，授左领军长史，持节，负责东南道三十六州。回朝后授太子仆，加谏议大夫，摄长安令，与大兴令梁毗俱为称职。不久领右常平监，迁雍州司马（州郡佐官），改封饶阳县开国子。后迁鸿胪少卿，转任太常少卿，进位开府仪同三司。复持节、河南道二十八州巡省大使，行在半路上，授吏部侍郎。

大业元年（605年），升任大理卿，复为西南道大使，巡省风俗。吐谷浑入侵张掖，隋炀帝令长孙炽率精骑五千将其击退，追至青海后返回，以功授银青光禄大夫。大业四年（608年）正月，取代杨文思为民部（户部）尚书。大业五年（609年）11月，隋炀帝前往扬州江都宫，留长孙炽留守东都洛阳，摄左候卫将军事。大业六年十月二十四日（610年11月15日），长孙炽在民部尚书任上去世，年六十二，谥号静。

魏徵等《隋书》：“性敏慧，美姿仪，颇涉群书，兼长武艺。”

曾祖：长孙稚，西魏太傅、上党文宣王

祖父：长孙裕，西魏太常卿、冀州刺史。

父亲：长孙兕，北周熊绛二州刺史、平原侯。

弟弟：长孙晟，隋朝右骁卫将军、齐国公。

儿子：长孙安世，隋朝大臣。