孙膑洞位于水帘洞瀑布之上,洞内宽敞明亮,洞前有大片开阔地,被称之为“孙膑天井”。孙膑是我国战国时期著名的军事家,据说又是大军事家孙武的后代。孙膑早年为了学艺,跑到蒙山拜鬼子王禅为师。当时正在水帘洞里修行的王禅,见孙膑聪明好学,很是喜欢。他不但教他兵家的阵法、谋略,还把自己搜集整理的孙武遗著--《孙子兵法》也传给了他。关于孙膑是怎样得到这部珍贵的兵书的,民间还有一个传说,传说孙膑曾救过一只白猿,白猿为了报恩盗取了鬼谷子王禅的兵书送给了孙膑。孙膑按捺不住,挑灯夜读,一口气读完了兵书。鬼谷子王禅知道后摇头叹息:“孙膑啊,兵书我早晚会传给你,你何必忽于一时?所谓天机不可泄漏,时机不到你看了兵书,会有百日灾难啊!”孙膑求师傅相救,王禅于是命孙膑到孙膑洞内装死。而王禅的另一个徒弟庞涓下山在魏国做将,但他始终对孙膑耿耿于怀,便派了一个叫徐甲的人三请孙膑,终于将孙膑骗出石洞,而此时孙膑装死刚满99天,王禅叹息道:“唉,只这一天你不能坚持,这一去,你将又腿不保啊!”孙膑下山后果然被庞涓实施了膑刑,但孙膑读过兵书后如虎添翼,计谋大增。后来孙膑秘密的回到齐国,做了齐威王的军师。在战场上,他两次设计大破庞涓带领的魏军。这就是古代史上有名的两大战役“桂陵之战”和“马陵之战”。
孙膑著有《孙膑兵法》,现已失传。1972年在临沂银雀山汉墓中发现的该书残简,仅存一万多字。