Erste internationale Erfahrungen sammelte Sun Yawei im Jahr 2009, als sie bei den Asienmeisterschaften in Guangzhou in 13,19s auf Anhieb die Goldmedaille gewann, wie auch kurz darauf bei den Ostasienspielen in Hongkong in 13,13s. Im Jahr darauf nahm sie an den Asienspielen in Guangzhou teil und gewann dort in 13,27s die Bronzemedaille hinter der Südkoreanerin Lee Yeon-kyung und Natalja Iwoninskaja aus Kasachstan gewann. 2011 verteidigte sie bei den Asienmeisterschaften in Kōbe mit 13,04s ihren Titel und qualifizierte sich damit auch für die Weltmeisterschaften in Daegu, bei denen sie mit 13,19s im Halbfinale ausschied. 2012 gewann sie bei den Hallenasienmeisterschaften in Hangzhou in 8,35s die Bronzemedaille im 60-Meter-Hürdenlauf hinter ihrer Landsfrau Wu Shuijiao und der Kasachin Iwoninskaja, ehe sie bei den Hallenweltmeisterschaften in Istanbul mit 8,46s in der ersten Runde ausschied. Im Sommer startete sie bei den Olympischen Spielen in London, bei denen sie aber auch mit 13,26s im Vorlauf ausschied. 2014 gewann sie bei den Hallenasienmeisterschaften in Hangzhou in 8,37s erneut die Bronzemedaille hinter ihrer Landsfrau Wu Shuijiao und Anastassija Pilipenko aus Kasachstan. Anschließend nahm sie erneut an den Asienspielen im südkoreanischen Incheon teil und gewann dort in 13,05s die Silbermedaille hinter Landsfrau Wu. 2015 wurde sie bei den Asienmeisterschaften in Wuhan in 13,72s Achte und im Jahr darauf beendete sie in Huai’an ihre Karriere als Leichtathletin im Alter von 28 Jahren.
In den Jahren 2009, 2010 und 2014 wurde Sun chinesische Meisterin im 100-Meter-Hürdenlauf.
Anmerkung: Bei diesem Artikel wird der Familienname vor den Vornamen der Person gesetzt. Das ist die übliche Reihenfolge im Chinesischen. Sun ist hier somit der Familienname, Yawei ist der Vorname.
Volksrepublik China
