早年，梁孟松在美國加州大學伯克利分校電機工程及電腦科學系學習，并取得了博士學位。他的學術背景和專業知識為他后來的職業生涯奠定了堅實的基礎。

在職業生涯初期，梁孟松曾在美國AMD公司任職，積累了豐富的半導體行業經驗。之后，他于1992年離開美國，回到中國臺灣，加入了臺積電，擔任工程師和資深研發處長。在臺積電期間，他負責和參與了公司先進制程技術的研發，是臺積電近500個專利的發明人之一。他在IBM 130nm銅制程之戰中一舉成名，展現了他深厚的技術實力和研發能力。

然而，由于在臺積電受到冷遇，晉升無望，梁孟松于2006年離開了臺積電，并帶走了一批研發人員投奔三星，出任三星芯片部門首席技術官。在梁孟松團隊的幫助下，三星在半導體領域迅速崛起，其14納米制程量產比臺積電早了約半年，并從臺積電手中連續搶走了蘋果、高通的大單。但這段經歷也導致了他與臺積電之間長達四年的官司，最終梁孟松敗訴，被規定直到“競業禁止期限”結束后才能返回三星。

2017年，中芯國際邀請梁孟松出任聯席CEO。他的加入使得中芯國際在技術上取得了顯著的進步，尤其是在14納米、N+1、7納米等先進制程的突破上。他的領導使得中芯國際在半導體行業中的地位得到了提升，同時也為中國半導體行業的發展做出了重要貢獻。