1967年，徐帆出生在武汉的一个文艺世家，父母都是楚剧演员。看着父母在舞台上表演，她总是很羡慕。小女孩对美的单纯向往，让她不顾父母的反对，报考了湖北省戏曲学校。徐帆12岁与舞台结缘，3年后，她又转入武汉市戏剧学校学习话剧表演。1987年，北京人民艺术剧院和中央戏剧学院联合办班，徐帆前去报考并被录取。1991年，她被分配进北京人艺。
1992年，徐帆担任了电影《大撒把》的女主角。
1994年，冯小刚独立执导电视连续剧《一地鸡毛》，徐帆加入了剧组，出演女主角。
1995年，徐帆获得“金鸡奖”的提名。
1996年，徐帆凭借话剧《阮玲玉》获得第13届戏剧梅花奖。
1997年，徐帆加入了电视连续剧《一地鸡毛》的剧组。在1998年的贺岁片《不见不散》中，徐帆第一次成为冯小刚镜头中的女一号。
2000年，《一声叹息》中，她饰演了一个遭遇婚姻危机的妻子晓英，荣获第24届开罗国际电影节最佳女主角奖。
2001年，徐帆主演的《永远有多远》开播，她在剧中扮演白大省一角。
2003年，徐帆出演了电视剧《青衣》。之后，她又出演了电视剧《大国医》。
2006年，徐帆正式接拍了一部古装戏《最后的王爷》。
2007年，徐帆年初主演的一部话剧《蔡文姬》，作为纪念中国话剧诞辰百年和北京人艺建院55周年的献礼作品之一，在春节期间上映。在电影方面，徐帆参与演出的《命运呼叫转移》也作为贺岁电影在电影院上映。在电视剧方面，徐帆在电视剧《错爱》中饰演的后妈周嘉丽。在年底，徐帆主演的另一部电视剧《爱无尽头》也上映了。
2008年，由北京电视台主办的《北京电视台2007年度影视盛典》在国家大剧院举行，徐帆凭借2007年在话剧、电视剧和电影各方面的表现，荣获了最具风格女演员的称号。
继《天下无贼》后，六年未在冯小刚电影中露面的徐帆在2010年的《唐山大地震》中饰演普通纺织女工李元妮，并凭借在影片中的表演荣获第5届亚洲电影大奖最佳女演员奖。
2012年，徐帆主演的电视剧《青春四十》登陆中央八套播出。
2013年，由她出演的《天台爱情》上映。
2016年，在央视联欢晚会上表演小品《快乐老爸》；同年为迪士尼皮克斯动画工作室制作的动画电影《海底总动员2：多莉去哪儿》配音。
2018年，作为中戏87级“戏骨班”成员参与录制东方卫视体验型励志综艺节目《青春同学会》。
2019年，主演电影《只有芸知道》。
2020年，参与的大型情感户外真人秀《走在回家的路上》在央视综艺频道(CCTV-3)播出；10月15日，徐帆与张婧仪领衔主演的电影《关于我妈的一切》开机。
半暖时光2020 饰演刘清芳 导演金晔 主演杨旭文、许龄月、付辛博、丁冠森
巴清传2018 饰演韩夫人 导演高翊浚 主演范冰冰、高云翔、马苏、张国立
一树桃花开2017-02-03 饰演郑婉颐 导演王瑞 主演王志文、蓝盈莹、李泓良、何建泽
第三种幸福2013-11-20 饰演梁婷 导演马功伟 主演任帅、何昊阳、于小慧、毕彦君
戎装女人2013-11-02 饰演吕师 导演吴亚桥 主演高明、吴亚桥、任天野、郭冬临
青春四十2012-04-17 饰演宋晴 导演刘新 主演陈小艺、剧雪、胡军、何冰
浪漫向左，婚姻向右2011-08-22 饰演陈小文 导演曹保平 主演范明、王雷、杜源、宋晓英
大国医2009-05-21 饰演云鹤鸣 导演吴子牛 主演赵文瑄、王绘春、刘莉莉、韩晓
贫富人生2009-02-15 饰演林红 导演王跃进、王兵 主演吴京安、石天硕、李万年、何曙霞
最后的王爷2008-06-30 饰演寿福晋 导演韩刚 主演冯远征、齐襄、荆明华、雷恪生
成长2008-03-03 饰演盛培文 导演苏舟 主演巫刚、舒砚、钱枫、郑卫莉
大过年2008-01-27 饰演冯建珍 导演黄力加 主演马精武、徐秀琳、倪大红、邵兵
牵动我心2008 饰演麦琪 导演杨晶 主演陈思诚、白凡、郑强、李大刚
爱无尽头2007-09-22 饰演秋歌 导演张汉杰 主演邢岷山、刘雨鑫、孙星、陈曦
传奇皇帝朱元璋2006-09-22 饰演马秀英 导演李前宽、肖桂云 主演陈宝国、唐国强、曾黎、侯天来
错爱2006-04-22 饰演周佳丽 导演陈国星 主演冯远征、王姬、江一燕、侯传皋
不在犯罪现场2004-09-01 饰演孔莲、孔琳 导演朱翊 主演马跃、傅艺伟、李崇霄、姚安濂
有泪尽情流2004-06-01 饰演马小霜 导演康洪雷 主演丁海峰、沙玉华、于荣光、赵玲琪
天下奇谋2004-05-12 饰演陈鱼 导演沈雷 主演莫少聪、涓子、张定涵、陆诗雨
越走越好2004-02-21 饰演林冰堰 导演杨晶 主演刘小锋、廖京生、钱洁、侯传杲
其实你不懂我的心2003 饰演廖小青 导演唐辉 主演曾志伟、周海媚、马跃、周洁
青衣2002-11-03 饰演筱燕秋 导演康洪雷 主演傅彪、潘虹、李明启、王玉兰
结婚十年2002-04-09 饰演韩梦 导演高希希 主演陈建斌、史可、洪剑涛、牛莉
日出2002 饰演陈白露 导演谢飞 主演斯琴高娃、侯天来、尹昭德、李志奇
永远有多远2001-11-13 饰演白大省 导演陈伟明 主演刘孜、景岗山、于小伟、边原
欲罢不能2001 饰演叶小薇 导演龚朝 主演李幼斌、陶虹、傅彪、夏力薪
女人在家1998 饰演刘玉芬 导演苗月 主演许波、孙秀晨、石兰、张咏
天若有情1997 饰演申秋云 导演陈应崎、陈小航 主演侯天来、张涵、王新军、施京明
南方有嘉木1997 饰演沈绿爱 导演金韬、刘月 主演程前、吴刚、赵奎娥、何冰
月亮背面1997 饰演李苗 导演冯小刚 主演冯远征、修宗迪、叶京、陈燕民
海马歌舞厅1996 饰演未知 导演刘毅然 主演梁天、刘斌、张国立、陈小艺
我家的故事1996 饰演汪雨 导演孙成 主演徐秀林、廖京生、李明启、刘蓓
一地鸡毛1995 饰演李靖 导演冯小刚 主演陈道明、修宗迪、张瞳、周国治
情殇1995 饰演林幻 导演冯小刚 主演李万年、陈剑月、康爱石、刘小宁
武生泰斗1990 饰演杨红宝 导演王好为、李晨声 主演王金璐、邢岷山、陈小艺、张秋歌
勇敢的你 2021 饰演徐蔷
只有芸知道2019-12-20 饰演林太太 导演冯小刚 主演黄轩、杨采钰、莉迪亚·佩克汉、张洪杰
手机22018 饰演沈雪 导演冯小刚 主演葛优、范冰冰、张国立、范伟
铁道飞虎2016-12-23 饰演秦二嫂 导演丁晟 主演成龙、黄子韬、王凯、王大陆
有一天2014-09-10 饰演顺利妈妈 导演杜波 主演周迅、袁姗姗、斯琴高娃、韩庚
洋妞到我家2014-08-08 饰演文娟 导演陈刚 主演陈建斌、陈一诺、佳妮娜·阿拉纳·特拉诺瓦、秦子越
疯狂的导演2013-08-30 饰演母亲 导演宋阳 主演刘桦、王宝强、高天、张殿伦
天台爱情2013-07-11 饰演茉莉姐 导演周杰伦 主演周杰伦、李心艾、曾志伟、柯有伦
忠烈杨家将2013-04-04 饰演佘赛花 导演于仁泰 主演郑少秋、郑伊健、于波、周渝民
一九四二2012-11-29 饰演花枝 导演冯小刚 主演张国立、陈道明、李雪健、张涵予
飞越老人院2012-05-08 饰演客串 导演张扬 主演许还山、吴天明、李滨、颜丙燕
全球热恋2011-09-08 饰演妈妈 导演陈国辉 主演郭富城、刘若英、杨颖、桂纶镁
唐山大地震2010-07-22 饰演元妮 导演冯小刚 主演张静初、李晨、陈道明、王子文
第一书记2010-07-15 饰演王晓勤 导演陈国星 主演杨立新、何冰、李若思、王丽媛
建国大业2009-09-16 饰演廖梦醒 导演韩三平、黄建新 主演唐国强、许晴、张国立、刘劲
命运呼叫转移2007-11-30 饰演陈太太 导演刘仪伟 主演刘仪伟、徐峥、杨立新、范冰冰
鸡犬不宁2006-09-29 饰演素梅 导演陈大明 主演李易祥、小香玉、任斯璐、姚橹
山乡书记2005-12-28 饰演采访记者 导演吕乐 主演熊兵、刘银昌、邓林芝、马碧桃
心急吃不了热豆腐2005 饰演杨倩 导演冯巩 主演冯巩、刘孜、小叮当、申军谊
天下无贼2004-12-09 饰演刘总太太 导演冯小刚 主演刘德华、葛优、李冰冰、傅彪
手机2003-12-18 饰演沈雪 导演冯小刚 主演葛优、范冰冰、张国立、张鹭
关中刀客之花翎子2003 饰演嫂娘 导演孙皓 主演叶静、张炬、郑天庸、方旭
一声叹息2000-09-20 饰演宋晓英 导演冯小刚 主演张国立、刘蓓、傅彪、高明
我是你爸爸2000 饰演齐怀远 导演冯小刚、王朔 主演冯小刚、胡小培、秦焰、叶静
古镜怪谈2000 饰演马丽 导演萧荣 主演谢霆锋、林心如、何嘉莉、罗兰
没完没了1999 饰演口罩护士（客串） 导演冯小刚 主演葛优、吴倩莲、傅彪、何冰
紧急迫降1999 饰演丘叶华 导演张建亚 主演邵兵、尤勇、丁嘉元、池华琼
不见不散1998 饰演李清 导演冯小刚 主演葛优
爱情麻辣烫1997 饰演陈静 导演张扬 主演王学兵、刘婕、高圆圆、赵淼
甲方乙方1997 饰演唐丽君 导演冯小刚 主演葛优、刘蓓、何冰、李琦
给太太打工1997 饰演林茜 导演徐耿 主演张嘉译、孙兴、李文隽、余彬
耗尽一生1996 饰演窦瓜 导演孙诚 主演李雪健、李丁、雷恪生、王奎荣
永失我爱1994 饰演林格格 导演冯小刚 主演郭涛、剧雪
大撒把1992 饰演林周云 导演夏钢 主演葛优、张惠中、李婷、刘艺
人猴大裂变1992 饰演荀儿 导演潘培成 主演张嘉译、张秋歌、曹景阳
大太监李莲英1991 饰演珍妃 导演田壮壮 主演姜文、刘晓庆、朱旭、田少军
特别手术室1988 饰演杨梅 导演田壮壮 主演李雪健、谢园、史可、丁嘉丽
2011 第14届中国电影华表奖优秀女演员奖 唐山大地震 （获奖）
1990 第5届中国电影华表奖优秀女演员奖 不见不散 （获奖）
2015 第30届中国电影金鸡奖最佳女主角奖 洋妞到我家 （提名）
2011 第28届中国电影金鸡奖最佳女主角奖 唐山大地震 （提名）
2000 第20届中国电影金鸡奖最佳女配角奖 一声叹息 （提名）
1999 第19届中国电影金鸡奖最佳女主角奖 不见不散 （提名）
1995 第15届中国电影金鸡奖最佳女主角奖 永失我爱 （提名）
1993 第13届中国电影金鸡奖最佳女主角奖 大撒把 （提名）
2012 第31届大众电影百花奖最佳女主角奖 唐山大地震 （提名）
2004 第27届大众电影百花奖最佳女主角奖 手机 （提名）
2010 第47届台湾电影金马奖最佳女主角奖 唐山大地震 （提名）
2000 第24届开罗国际电影节最佳女主角奖 一声叹息 （获奖）
2011 第5届亚洲电影大奖最佳女演员奖 唐山大地震 （获奖）
2010 第4届亚太电影大奖最佳女演员奖 唐山大地震 （提名）
2013 第4届中国电影导演协会年度女演员奖 一九四二 （提名）
2011 第2届中国电影导演协会年度女演员奖 唐山大地震 （获奖）
2011 第18届北京大学生电影节最佳女演员奖 唐山大地震 （提名）
2000 第7届北京大学生电影节最受欢迎女演员奖 一声叹息 （获奖）
1999 第6届北京大学生电影节最受欢迎女演员奖 不见不散 （获奖）
2011 第11届华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目女演员奖 唐山大地震 （提名）
2004 第4届华语电影传媒大奖最佳女配角奖 手机 （提名）
2003 第23届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖 青衣 （获奖）
2010 第25届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员奖 大国医 （提名）
2013 第5届澳门国际电影节最佳女主角奖 忠烈杨家将 （提名）
2014-11 第6届英国万像国际华语电影节最佳女主角奖 洋妞到我家 （获奖）
2014-11 第9届巴黎中国电影节最受欢迎演员奖 洋妞到我家 （获奖）
2000-00 第5届中国长春电影节最佳女主角奖 紧急迫降 （提名）
1999-00 第7届中国电影表演艺术学会金凤凰奖学会奖 不见不散 （获奖）
不管是拍戏、做公益还是照顾家庭，徐帆都遵循着“平淡”和“原创”的准则。当她的事业蒸蒸日上，但她仍保持着平和的心态。（中国青年报评）
