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 。