2004年,参加第一届健力宝街舞大赛获第一名。2006年,参加全国健身小姐比赛,获B组第六名。2007年1月,参加电视选拔活动《龙的传人》,并获十六强。2009年8月,出演3D歌舞电影《乐火男孩》。2010年2月,与成龙、王力宏等合作主演动作喜剧电影《大兵小将》,饰演游牧民族的头领楼凡艳;8月,参加东方卫视选秀节目《中国达人秀》;11月,出演由管虎执导的军旅电影《女子军团》,饰演虎妞。2011年4月,出演动作电影《硬汉2:奉陪到底》,饰演一位被称为“女教授“的爆破专家;5月,参加情感节目《我爱每一天》;6月,参加旅游卫视美容时尚节目《美丽俏佳人》;11月,主演喜剧电影《当爸爸来敲门》,饰演一位怀揣明星梦的汽车修理工二姐。2013年7月,出演由徐小明执导的历史题材古装传奇剧《打仗天才忽必烈》,饰演忽必烈的侧妃库萨尔。随后,在古装轻喜剧《吉祥天宝》中饰演东厂大档头冷月。2014年7月10日,与陈意涵、李易峰等合作主演的都市励志剧《小时代之折纸时代》播出,剧中徐冬梅饰演了单纯、善良的羽毛球运动员唐宛如;11月28日,参加天津卫视社交生存节目《百万粉丝》。2015年10月22日,出演动作电影《突袭格斗》上映;12月18日,主演的惊悚电影《诡娃娃》上映,她在片中则饰演了通灵女神探夏琪。2016年4月7日,徐冬梅与陈之辉合作主演了动作电影《御姐拳皇》,并在片中饰演一位擅长拳击、武术的女性叶莺;5月15日,主演的科幻电影《星灵传说》上映,她在片中饰演了武功高强,而且极为善良的人类猎手恰恰;7月19日,主演由张新武执导的战争动作电影《狼兵吼》上映,并在片中饰演了听着传奇故事长大的狼兵之花陆小妹