2004年，徐百卉在中戏读大二时，主演了潘小扬执导的励志剧《小留学生》，在剧中饰演刘莼，而这也是她的首部**剧作品。
2005年，主演章明执导的剧情片《结果》，饰演虞染。同年，出演古装武侠剧《碧*剑》，在剧中饰演端庄贤淑红娘子，这是她首次在**作品中尝试古装扮相。
2006年，出演爱情伦理剧《爱了散了》，在剧中饰演流浪歌手艾艾。5月，与刘晓庆，焦恩俊合作出演古装传奇剧《日月凌空》，饰演太子妃杨美云。随后，出演年代刑侦剧《数风流人物》，饰演美丽的女公安陶
锦。
2007年，在欧阳奋强执导的家庭伦理剧《纯真岁月》中，饰演懂事的麦家长女麦思丹。同年，在奥运献礼剧《超越极限》中饰演记者于林。并在张建栋执导的医疗题材剧《柳叶刀》中，饰演坚强乐观的心脏病患者丁凝夏。
2008年，出演连奕名执导的年代抗战剧《中天悬剑》，饰演***女特务柳纤纤；8月，在武然导演的电影《吃葡萄不吐葡萄皮》中饰演邓芯。随后，在袁刚执导的古装情景喜剧《万卷楼》中，饰演门鼻儿的母亲慧莲。11月，与王姬、丁勇岱合作出演家庭伦理剧《爱的方式》，饰演犹豫懦弱的钟少霞。
2009年，与余少群、周一围合作出演古装清宫剧《苍穹之昴》，饰演杨喜桢的女儿青筠。同年，在古装传奇剧《孔子》中，饰演孔子的生母颜征在。
2010年，出演李龙跃执导的民国抗战剧《国脉风云》，饰演税务工作者周蔓莉。4月，主演张建栋执导的医疗题材剧《无影灯下》，饰演有爱心的医生陆亚南；同年，在年代抗战剧《中国1921》中，饰演富商家的小姐陶斯咏。
2011年，在年代战争剧《战争不相信眼泪》中，饰演巾帼不让须眉的蓝蔚青。随后，与韩雪、李超合作出演民国谍战剧《代号十三钗》，饰演一号金钗”徐子晏。
2012年，在家庭伦理剧《有你才幸福》中，饰演独立直率、爱憎分明的女孩李晴，该剧在同时段平均收视份额为5.07%，创下当年央视一套黄金档最高收视纪录。6月，与黄海冰、任正彬合作出演抗日传奇剧《那年来了鬼子兵》，饰演大当家尹秀茹。
2013年，出演家庭伦理剧《我的儿子是奇葩》，在剧中饰演湘妹子何花。5月，在都市爱情剧《*嫁时代》中，饰演痴情理性的女白领白杨。6月，在年代悬疑爱情剧《淑女之家》中，饰演文艺女青年方琪，同年，还与佟丽娅、王耀庆合作出演了医疗题材剧《产科医生》，并在剧中饰演女医生朱爱萍。
2014年，与翟天临、王志飞合作出演民国抗战剧《决*》，饰演高级特工赵小雪。9月，主演年代谍战剧《风云年代》，她在剧中饰演谋略胆识不输男子的米兰妮，有着美丽高贵且柔弱的外表，和极其特殊的多重身份。同年，与孙俪、刘涛、方中信合作出演古装传奇剧《芈月传》，饰演芈姝陪嫁媵妾孟昭氏，爱耍心机却智商堪忧。
2015年，在都市情感剧《大好时光》中，饰演知性干练的海归会计师珊珊，胡歌初恋女友；并在电影《钱�濉分惺窝菖�老板张嘉仪。8月，在李舒执导的军垦题材电视剧《大牧歌》中，饰演上海姑娘许静芝。同年，搭档张博主演知青情感电视剧《遥远的距离》，饰女知青苏扬。
2016年，凭借电视剧《芈月传》获得第28届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员奖提名。2月，出演任海曜执导的民国玄幻爱情剧《半妖倾城》，饰演心地善良的半妖陶姑娘。4月，在习辛执导的家庭伦理剧《我的仨妈俩爸》中，饰演石英的女朋友白鸽。随后，在重大革命历史题材电视剧《建军大业》中，饰演蒋介石的夫人宋美龄。10月，在网剧《大王不容易》中饰演年轻太后。
2017年，凭借电视剧《大好时光》荣获第13届电视剧南方盛典最受观众喜爱角色人物奖。3月，在王军导演的战争传奇情感剧《锻刀Ⅱ不死的战士》中饰演天资聪颖的大家闺秀曾文媛；并出演年代传奇电视剧《守护人》，饰演文慧娟一角。5月，再次与王义明导演合作，与徐佳、林永健搭档主演民国传奇剧《过河卒》，饰演三十年代的时髦上海女郎李素瑶；并在清宫大戏《延禧攻略》中出演善良正直的怡嫔一角。9月，主演电视剧《太行赤子李保国》。11月，在年代传奇剧《***人刘少奇》中，饰演刘少奇妻子王光美；12月，在曹振宇执导的年代传奇剧《燕阳春》中，饰演侠女燕阳春。
2018年3月，参演电视剧《大哥》。7月，参演电视剧《梧桐街派出所》。
主要作品 话剧作品《图兰朵》中饰演：图兰朵
《小说片段：清水依颜》等
《半生缘》饰演：顾曼桢
舞台剧集《罗生门》饰演：女人
都市舞台喜剧《疯狂短信》饰演：小雪
杂志** 日期 杂志名 拍摄详情 图片 2014年6月19日 《时尚新娘》 透视长裙彰显靓丽**,短款礼服彰显徐百卉的美丽优雅,清新的妆容仙气十足 2014年8月4日 ―― 徐百卉身着清新纯净白色连衣裙，清澈眼眸，甜美优雅，发丝飞扬仿若天使。 社会活动2014年9月，徐百卉参加时尚芭莎慈善夜活动 ；随后，她还参加了“美丽童行-中国乡村儿童联合公益慈善夜”活动。
2015年5月，徐百卉参加吉林省德惠市希望小学公益活动；9月，在北京奥林匹克森林公园参加爱心助跑慈善活动。
人物评价徐百卉甜蜜温婉的笑颜，既端庄又时尚，给人一种知性优雅，干练不失妩媚的形象，具有典型的东方女性魅力 。生活中的徐百卉直率、实在，有话不会藏着掖着。作为演员，她可以把每个人物的性格诠释的分外鲜明，她的百变角色让观众看到了她的纯熟的演技及塑造能力，颇受观众的赞赏和喜爱。（凤凰时尚、21cn娱乐、网易娱乐评）
徐百卉在电视剧《产科医生》中饰演反派人物朱爱萍，表现出高冷、物质的白衣女孩，让观众又恨又爱，虽然角色招人讨厌，但是演技却令观众点赞。（新华网评）