孙星衍博通经学、小学、校勘学。他到哪里学问就做到哪里。可以说是著作等身。因做学问的需要，他也收藏了大批图书，其中不少是传世善本、珍本书籍。起初，他的藏书总是用车船装着随他远行，他到哪里就运到哪里。使用是方便了，但携带常出问题。嘉庆三年（1798）五月，全家人刚为父亲七十岁寿辰举行庆典。六月母亲金夫人去世。星衍侍奉祖母和父亲，扶母柩南归。自兖州登船，唯常书籍万卷。士民感叹其清谦的高尚情操，送行者绵延数十里，时正值黄河泛滥，舟过滕县微山湖，风大浪急，载书的船只进水，书籍尽湿。据《孙氏祠堂书目序》中记载，像这样“遇风沉舟损失大半”的事还有两次。于是，他把书“藏于家祠，不为己有。”（同上）这样，他的藏书不仅为了自己研究学问之用，而且供家族弟子共同研究使用。为了给家族弟子指示读书的门径，他分门别类，编了书目。从此，孙家祠堂就不仅是私家的藏书楼，而且是面向家族弟子的图书馆了。这是常州最早的图书馆。当然，它还不是向社会开放的公共图书馆。但已是相当规模的图书馆。编入《孙氏祠堂书目》书籍就有2392种、4640卷。孙星衍的《孙氏祠堂书目》的编辑方法，没有沿袭传统的四部分类方法，而是根据学术发展的实际情况，吸取了前人目录的优点而加以变通，区别书籍性质，专门立类，将群书分为：（一）经学；（二）小学；（三）诸子；（四）天文；（五）地理；（六）医律；（七）史学；（八）金石；（九）类书；（十）词赋；（十一）书画；（十二）小说。共十二大类。大类之下，又根据实际需要设四十六小类。这个分类，不仅打破了四部分类法的体系，而且不同于历史上任何一种分类法。这是目录学史上的一次值得重视的改革，在目录学史上应给予相当的地位。