徐氏祖居苏州，以务农为业，后迁至上海。徐光启的祖父因经商而致富，及至父亲徐思诚家道中落，仍转务农。
明嘉靖四十一年（1562年），徐光启出生于太卿坊（今上海市黄浦区乔家路）。少年时代的徐光启在龙华寺读书。
明万历九年（1581年），应金山卫试中秀才后，他在家乡教书，并娶本县处士吴小溪女儿为妻。
万历十年（1582年），第一次乡试不中。为了维持家计，徐光启和他父亲一样“弱冠补诸生高等，食讫学宫，以家贫，故教授里中子弟。”
万历十二年（1584年），祖母卒，徐光启的父母又过半百，加上水灾，徐光启家道每况俞下。
万历十六年（1588年），徐光启为了寻找出路，和同乡董其昌、张鼎、陈继儒一起到太平府（今安徽当涂）应乡试，徐光启却落第。
万历二十一年（1593年），徐光启赴广东韶州任教，并结识了耶稣会士郭居静。
万历二十四年（1596年），转至广西浔州任教。
万历二十五年（1597年），徐光启因考官焦竑赏识而以顺天府解元中举。
万历二十六年（1598年），会试他未能考中进士，回到家乡教书。
万历二十八年（1600年），他赴南京拜见恩师焦竑，与耶稣会士利玛窦第一次晤面。
万历二十九年（1601年），徐光启没有参加会试。
万历三十一年（1603年），他在南京由耶稣会士罗如望（Jean de Rocha）受洗加入天主教，获教名保禄（Paul）。
万历三十二年（1604年），徐光启中进士，考选翰林院庶吉士。
万历三十四年（1606年），他开始与利玛窦合作翻译《几何原本》前6卷，次年春翻译完毕并刻印刊行。翻译完毕《几何原本》后，他又根据利玛窦口述翻译了《测量法义》一书。
万历三十五年（1607年），三年翰林馆期满告散，他被授予翰林院检讨。同年徐光启的父亲在北京去世，他回乡丁忧守制。
万历三十六年（1608年），邀请郭居静至上海传教，这成为天主教传入上海之始。守制期间，他整理定稿了《测量法义》，并将《测量法义》与《周髀算经》《九章算术》相互参照，整理编撰了《测量异同》，作《勾股义》一书，探讨商高定理，开辟双园、农庄别墅，进行农作物引种、耕作试验，作《甘薯疏》《芜菁疏》《吉贝疏》《种棉花法》和《代园种竹图说》。
万历三十八年（1610年），徐光启回到北京，官复原职。因钦天监推算日食不准，他与传教士合作研究天文仪器，撰写了《简平仪说》《平浑图说》《日晷图说》和《夜晷图说》。
万历四十年（1612年），他向耶稣会教士熊三拔（P. Sabbathino de Ursis）学习西方水利，合译《泰西水法》6卷。
万历四十一年（1613年），初冬，因与朝中一些大臣意见不合，徐光启告病去职前往天津。他在房山、涞水两县开渠种稻，进行各种农业实验，先后撰写了《宜垦令》《农书草稿》《北耕录》等书，为《农政全书》的编写打下了基础。
万历四十四（1616年），年礼部侍郎沈榷连上三张奏疏，请求查办外国传教士，是为南京教难。徐光启上《辩学章疏》为传教士辩护。同年徐光启回京复职，次年任詹事府左春坊左赞善。后病归天津，作《粪壅规则》。
万历四十六年（1618年），后金努尔哈赤发兵进犯关内，徐光启应召星夜入京。
万历四十七年（1619年），萨尔浒之战明军战败，他多次上疏请求练兵，后擢升少詹事兼河南道御史，在通州督练新军。但由于军饷、器械供应困难，练兵计划并不顺利。
明天启元年（1621年），三月徐光启上疏回天津养病，六月辽阳失陷，他又奉召返京，力请使用红夷大炮帮助守城，但因与兵部尚书意见不合，十二月再次辞归。
天启四年（1624年），徐光启擢升为礼部右侍郎兼侍读学士等职，当时朝中魏忠贤专权，他不肯就任，次年他便遭谗劾去职。徐光启回到上海后，将积累多年的农业资料“系统地进行增广、审订、批点、编排”，编撰而成后来的《农政全书》。他同毕方济（P.Franciscus Sambiasi）一起合译了《灵言蠡勺》。他还把自己关于军事方面的文章辑录成书，刻印刊行了《徐氏庖言》。
天启五年（1625年），徐光启退隐之后，将主要精力集中在增订、批改以前所辑《农书》上，经过勤奋钻研，日夜笔耕，终于在天启七年（1627年）完成了《农政全书》的初稿。
明崇祯元年（1628年），徐光启奉召回京，官复原职。
崇祯二年（1629年），他又擢升礼部左侍郎。因钦天监推算日食失准，崇祯皇帝同意由徐光启主持开局修历。同年，皇太极率领兵数万人进逼京畿，崇祯帝召集大臣平台议事，徐光启奏对战守之事。
崇祯三年（1630年），升任礼部尚书。
崇祯四年（1631年），陆续进献历书多卷，即《崇祯历书》。
崇祯五年（1632年），以礼部尚书兼东阁大学士，入参机务。
崇祯六年（1633年），加太子太保、兼文渊阁大学土，同年11月8日病逝于任上，谥文定。
《毛诗六帖讲意》 《几何原本》 《测量法义》 《测量异同》
《甘薯疏》 《勾股义》 《简平仪说》 《泰西水法》
《农书草稿》 《定法平方算数》 《刻同文算指序》 《考公季节》
《选练条格》 《农遗杂疏》 《农政全书》 《徐氏庖言》
《崇祯历书》 《九章算法》 《灵言蠡勺》 《兵机要诀》
历法修订
编制历法，为历代王朝所重视。 但是到了明末，却明显地呈现出落后的状态。一方面是由于此时西欧的天文学快速发展，另一方面则是明王朝禁研历法政策的结果。明沈德符《万历野获编》所说“国初学天文有历禁，习历者遣戍，造历者殊死”，指的就是此事。
明代施行的《大统历》，是继元代《授时历》，日久天长，已严重不准。据《明史·历志》记载，自成化年间开始（1481）陆续有人建议修改历法，但建议者不是被治罪便是以“古法未可轻变”，“祖制不可改”为由遭拒。万历三十八年（1610年）十一月日食，司天监再次预报错误，朝廷决定由徐光启与传教士等共同译西法。供邢云路修改历法时参考，但不久又不了了之。直至崇祯二年五月朔日食，徐光启以西法推算最为精密，礼部奏请开设历局。以徐光启督修历法，改历工作终于走上正轨，但后来满清侵入中原，改历工作在明代实际并未完成。当时协助徐光启进行修改历法的中国人有李之藻、李天经等，外国传教士有龙华民、熊三拔等。
编纂《崇祯历书》
徐光启在天文历法方面的成就，主要集中于《崇祯历书》的编译和为改革历法所写的各种疏奏之中。在历书中，他引进了圆形地球的概念，明晰地介绍了地球经度和纬度的概念。他为中国天文界引进了星等的概念，根据第谷星表和中国传统星表，提供了第一个全天性星图，成为清代星表的基础，在计算方法上，徐光启引进了球面和平面三角学的准确公式，并首先作了视差、蒙气差和时差的订正。
《崇祯历书》的编译，自明崇祯四年（1631年）起直至崇祯十一年（1638年），始克完成。全书46种，137卷，分五次进呈。前三次乃是徐光启亲自进呈（23种，75卷），后二次是徐光启死后由李天经进呈。其中第四次还是徐光启亲手订正（13种，30卷），第五次则是徐氏“手订及半”最后由李天经完成的（10种，32卷）。
其他编译
徐光启翻译古文，为其润色，校订实验。除《崇祯历书》全书的总编工作外。还亲自参加了《测天约说》《大测》《日缠历指》《测量全义》《日缠表》等书的具体编译工作。
数学应用
徐光启在修改历法的疏奏中，详细论述了数学应用的广泛性。他一共提出了十个方面（“度数旁通十事”），即：天文历法、水利工程、音律、兵器兵法及军事工程、会计理财、各种建筑工程、机械制造、舆地测量、医药、制造钟漏等计时器。说把数学应用的广泛性，讲述得十分完备。徐光启还曾建议开展这些方面的分科研究。
译《几何原本》
徐光启在数学方面的最大贡献当推《几何原本》（前6卷）翻译。徐光启提出了实用的“度数之学”的思想，同时还撰写了《勾股义》和《测量异同》两书。“几何”名称的由来。在中国古代数学分科叫作“形学”。“几何”二字，在中文里原不是数学专有名词，而是个虚词，意思是“多少”。徐光启是首先把“几何”一词作为数学的专业名词来使用的，用它来称呼这门数学分科的。他所翻译的欧几里得的《几何原本》。直到20世纪初，中国废科举、兴学校，以《几何原本》内容为主要内容的初等几何学方才成为中等学校必修科目。《几何原本》的翻译，极大地影响了中国原有的数学学习和研究的习惯，改变了中国数学发展的方向，因而，这个过程是中国数学史上的一件大事。
《几何原本》是由利玛窦（Matteo Ricci）和徐光启共同翻译，明万历三十四年（1606年）开始，万历三十五年（1607年）完成。
徐光启一生关于农学方面的著作甚多，计有《农政全书》《甘薯疏》《农遗杂疏》《农书草稿》《泰西水法》等。徐光启对农书的著述与他对天文历法的著述相比，从卷帙来看，数量虽不那样多，但花费时间之长用功之勤，实皆有过之而无不及。
提倡农学引进番薯
天启年间，徐光启遭魏忠贤排挤，告假回上海闲住，开始专门致力于他的农业研究。徐光启不仅研究了大量的农业资料，并且能够理论联系实际进行科学实验。甘薯最初是由国外引进中国的，起初只在福建沿海很少的一些地方种植。徐光启把它引进家乡种植，进行了多次试种，终于获得成功。在上海推广后，他又将甘薯的种植扩大到全国。
编纂《农政全书》
《农政全书》基本上囊括了中国古代汉族农业生产和人民生活的各个方面，而其中又贯穿着一个基本思想，即徐光启的治国治民的“农政”思想。
明崇祯元年（1628年），徐光启官复原职，此时农书完成初稿，但由于忙于负责修订历书，无暇顾及，直到死于任上。便由他的门人陈子龙等人负责修订，于崇祯十二年（1639年），亦即徐光启死后的6年，刻板付印，并定名为《农政全书》。全书分为12目，共60卷，50余万字。12目中包括：农本3卷，田制2卷，农事6卷，水利9卷，农器4卷，树艺6卷，蚕桑4卷，蚕桑广类2卷，种植4卷，牧养1卷，制造1卷，荒政18卷。
军事思想
徐光启认为农业为富国之本，正兵为强国之本，所以徐光启一贯重视军事科学技术的研究。徐光启便在《拟上安边御虏疏》中提出了“设置险阻、整顿车马、储备军事器械、打造将帅之才、训练戎卒、严格制度、赏罚分明”，但他认为这些都不过是“世俗之谈，国家的想法”。他御敌疏的中心内容则是“在这么多话中，有两句非常重要。一句是求精，一句是责实。一旦求精，就有深谋远虑的人互相学习，不随时间逝去；一旦责成事实，就会忠君爱国之士为国家考虑，十倍于贾谊也未尝不可。”“求精”和“责实”是徐光启军事思想的核心。
练兵
徐光启大力宣扬管仲“八无敌”（材料、工艺、武器、选兵、军队的政教素质、练兵、情报、指挥）和晁错的“四预敌”（器械不利、选兵不当、将不知兵、君不择将”）。做到“八无敌”即可无敌于天下，如果是“四预敌”则兵无不败。据此他提出了“极求真材以备用”。“极造实用器械以备中外守战”，“极行选练精兵以保全胜”，“极造都城万年台（炮台）以为永永无虞之计”，“极遣使臣监护朝鲜以联外势”《徐光启集·辽左陷危已甚疏》。这些办法和措施，都是“八无敌”、“四预敌”思想与“求精”、“责实”精神相结合的产物。尤其值得提及的是，徐光启和当时的登莱巡抚袁可立都是积极主张从战略上强化对朝鲜控制的少数军事战略家。
在上述这些办法和措施中，徐光启尤其注重对士兵的选练，他提出了“选需实选，练需实练”的主张。
造炮
徐光启特别注重武器制造，尤其是火炮的制造。管状火器本是中国的发明创造，但时至明代末年，制造火器的技术已逐渐落后，由于边防的需要，急需引进火炮制造技术。为此，徐光启曾多方建议，不断上疏。徐光启还对火器在实践中的运用，对火器与城市防御，火器与攻城，火器与步、骑兵种的配合等各个方面部有所探求。徐光启可以称得上是中国军事技术史上提出火炮在战争中应用理论的第一个人。
撰写条令和法典
万历四十八年（1620）二月开始，徐光启受命在通州、昌平等地督练新军。在此期间他撰写了《选练百字诀》《选练条格》《练艺条格》《束伍条格》《形名条格》《火攻要略》《制火药法》等等。这些“条格”，实际上乃是徐光启撰写的各种条令和法典，也是我国近代较早的一批条令和法典。《选练百字诀》和《选练条格》也体现了徐光启“实选”、“实练”的责实精神。
徐光启作为明代中西文化交流的先驱之一，而其存世手迹并不多。其中徐光启以飘逸的行书题陆万言《题琴鹤高风诗册》，从“海上晚生徐光启”落款与书风来看，此手迹或为徐光启早年作品。此书法虽用笔略弱，然而却风格萧散古雅，与董其昌等的书风颇有相契之处，也可以见出松江文人圈的相互影响。
《明史》：盖棺之日，囊无余赀。
《辞海》：科学研究范围广泛，以农学、天文学为突出。
《简明不列颠百科全书》：以《农政全书》影响最大。
张溥：公初筮仕入馆职，即身任天下，讲求治道，博极群书，要诸体用。诗赋书法，素所善也，既谓雕虫不足学，悉屏不为，专以神明治历律兵农，穷无人指趣。
《明史·文苑四》：从督学御史耿定向学，复质疑于罗汝芳，讲学以汝芳为宗，而善定向兄弟及李贽。
《文定公行实》（徐骥）：戊戌今上（崇祯帝）即位，诏起原官，侍日讲，补经筵讲官。遴选讲官的标准是要“学问贯通，言行端正，老成重厚，识达大体”，学术纯正，持己端方，谋虑深远，才智超卓，通达古今，明练治体者。
明末清初查继佐：生平务有用之学，尽绝诸嗜好，博访坐论，无间寝食。
明朝晚期文学家张溥：古来执政大臣，廉仁博雅，鲜公之比。
清代思想家梁启超：字字精金美玉，是千古不朽之作。
晚清教育学者黄节：思窥其象数之学，以救汉宋以来空言论学之失。
澳门科技大学人文艺术学院院长余秋雨：我认为上海文明的肇始者，是明代进士徐光启。
欧洲问题专家陈乐民：是一位开中西交流风气之先的人。
长辈
高祖：徐（佚名），号竹轩。
曾祖：徐珣，妻陈氏，生二子。
祖父：徐绪，号西溪，早卒，妻尹氏。
父亲：徐思诚（1535－1607），字子望，号怀西，妻钱氏。
子女
儿子：徐骥（1582－1645），字安友，号龙与，郡庠生。
子孙
孙子：徐尔觉、徐尔爵、徐尔斗、徐尔默、徐尔路。
接触西方学
万历二十一年（1593年）徐光启受聘韶州任教，在韶州首次接触传教士郭居静（L.Cattaneo）。在郭居静那儿，他第一次见到一幅世界地图，知道在中国之外竟有那么大的一个世界，又第一次听说地球是圆的，有个叫麦哲伦的西洋人乘船绕地球环行了一周，还第一次听说意大利科学家伽利略制造了天文望远镜，能清楚地观测天上星体的运行。所有这些，对他来说，都是闻所未闻的之事。从此，他又开始接触西方近代的自然科学。
为官清廉
徐光启先生为官清廉、生活简朴，这在当时的官宦之家，是难以想象的。徐光启官做得越大，为人处事越低调。徐光启70岁生日时，按习惯，大小官员、亲戚朋友都得送贺礼。徐光启早已写信叮嘱自己在家乡上海的小辈，所有送来的礼物，一概辞谢不受。就是自己的亲朋好友送来的贺礼，也婉言谢绝。上海的儿孙辈知道老爷子的脾气性格，照办不误。
生活简朴
徐光启早年在翰林院学习的时候，曾有过这样一件轶事，有一天，他早晨起来穿衣服时，发现一条袜带找不着了，他没有惊动同学们，暗自用一根布条替代。如此一个多月的时间，直到自己的夫人发现，笑着说：“翰林院薪水再少，还不至于添不起一付袜带呀！你这么节俭，别人见了，一定会认为你在装模作样。”徐光启答道：“你呀！你知道世上任何事物，都不会是十全十美的。我现在什么也不缺，冬衣夏衫，样样俱全，只是少了一条袜带，就当作一个小小的缺陷，我觉得正合适，哪里是在装模作样呢？”徐光启表面看起来有点迂憨，但体会他的内心思想，就会感受到他内在的崇高人格魅力。
《明史》
《明史·徐光启》
《罪惟录·徐光启传》
《启祯野乘》
墓地
徐光启墓，位于上海市徐汇区南丹路的光启公园内，原墓地占地20亩，共有10个墓穴，葬徐光启及其夫人吴氏，左右是四个孙子夫妇。墓前立有石碑、石人、石马、华表、石牌坊等物。石牌坊上正中额题“文武元勋”，右题“熙朝元辅”，左题“王佐儒宗”，正中额下题：“明故大夫太子太保赠少保太保礼部尚书兼文渊阁大学士徐文定公墓阙”。石牌坊镌有对联，上联“治历明农百世师经天纬地”，下联“出将入相一个臣奋武揆文”。
纪念馆
徐光启纪念馆，分照壁、碑廊，厢房、厅堂等部分，展出了徐光启祖容像、徐光启家书手稿、农业试验“手札”、明代上海“平露堂”刻本的《农政全书》、清刻本的《几何原本》、最早传入中国的世界地图——《坤舆万国全图》及20世纪初上海土山湾画馆所作、现收藏于美国旧金山大学“利玛窦中西文化历史研究所”的徐光启、利玛窦、汤若望、南怀仁4幅人物水彩画像等一批珍贵资料。
整个展览通过塑像、文字、图片、模型、实物资料、多媒体手段等，展现了徐光启的生平、科学成就、历史影响、桑梓情结、墓地沿革，以及后人对徐光启的缅怀和崇敬。
