본관은 밀양(密陽). 손광택(孫光澤)의 손자, 손두흥(孫斗興)의 아들로 어머니는 경주 최씨이다. 동학(일명 천도교)의 3대 교주 손병희(孫秉熙)의 아우이며 최시형(崔時亨)의 수제자 중의 한 사람인 손천민(孫天民)은 손병흠의 손위 조카이다.
1880년대 손천민의 인도로 형인 손병희와 함께 동학에 입도하였다. 그리하여 최시형을 도와 동학의 포교에 주력하였으며 관의 체포령을 피해 숨어지내는 최시형의 은신처 마련에 힘썼다.
1892∼1893년에는 교조신원운동에도 적극 참여하였으며, 또한 1894년의 동학농민전쟁 당시에는 제2차동학농민군의 봉기에 북접(北接)의 간부로 참여하여 우금치전투·논산전투 등에서 활약하였다. 그러나 동학농민전쟁이 실패함에 따라 재차 최시형을 모시고 도피생활을 해야만 하였다.
1898년 7월 최시형이 순도(殉道)한 뒤로는 3대 교주인 손병희를 보좌하여 동학의 재건에 진력하였다. 특히 1900년을 전후하여 손병희의 도일(渡日)에 참여하였으며, 후일 동학의 후신인 천도교 창건의 기틀을 마련하기 위해 일본과 국내를 오가며 애쓰던 중 뜻을 이루지 못하고 급서하였다.