2003年，徐帆主演的电视剧《青衣》播出，饰演筱燕秋，并凭借该角色获得第23届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖，该角色的成功和徐帆从小学习戏曲的经历是分不开的，在和角色筱燕秋有着相似人生经历的情况下，徐帆用演技完美的呈现了筱燕秋的执迷，以及一个女人对命运的不甘。12月18日，徐帆主演的电影《手机》上映，饰演戏剧学院台词课教师沈雪，并凭此获得第27届大众电影百花奖最佳女主角提名。2004年~2005年，由徐帆主演的电视剧《有泪尽情流》《越走越好》，以及《不在犯罪现场》《心急吃不了热豆腐》等影视剧相继播出。2006年4月，徐帆主演的《错爱》播出，饰演后妈周嘉丽，在剧中徐帆不仅用其精湛的演技演绎了招人恨的“后妈”，并且还放弃形象，扮老扮丑，体现了一个专业演员的素质。

2007年，徐帆回归话剧舞台，在年初主演了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的话剧《蔡文姬》，在其中演绎了东汉才女蔡文姬的坎坷际遇，受到观众的好评，并凭借该话剧被授予“文化部优秀话剧艺术工作者”荣誉称号。11月，徐帆参与演出的《命运呼叫转移》作为贺岁喜剧电影在电影院上映。而徐帆也凭借2007年的优异表现，荣获了北京电视台2007年度影视盛最具风格女演员的称号。2008年，徐帆主演的古装剧《最后的王爷》播出，饰演颐指气使但心地善良的福晋。2009年5月，她在电视剧《大国医》中饰演云鹤鸣，徐帆也凭此角色获得第25届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员提名。

2010年，徐帆主演了冯小刚执导的电影《唐山大地震》，其饰演的母亲李元妮，是一个在女儿和儿子之间痛苦取舍的妈妈，一位后半辈子都生活在“余震”中的伟大母亲，徐帆在剧中深刻到位且极具爆发力的表演得到了广大观众的肯定，导演冯小刚也表示是徐帆撑起了整部电影的魂。该片最终以6.73亿刷新了截至2011年华语片内地的最高票房纪录。徐帆也凭借该角色同时获得了第28届中国电影金鸡奖和第31届大众电影百花奖最佳女主角提名，以及第47届台湾电影金马奖最佳女主角等众多奖项的提名，并最终斩获第14届中国电影华表奖优秀女演员和第5届亚洲电影大奖最佳女演员两个“影后”。

2012年12月，电影《一九四二》上映，徐帆在里面饰演为了一对儿女将自己卖掉的逃荒灾民“花枝”，该片获得了第15届中国电影华表奖优秀故事片奖。2013年4月4日，徐帆领衔主演的电影《忠烈杨家将》上映，并获得第5届澳门国际电影节最佳女主角奖提名。7月，参演的周杰伦执导的歌舞片《天台爱情》上映。2014年，由陈刚执导，徐帆、陈建斌主演的生活喜剧《洋妞到我家》开播，徐帆饰演母亲秦文娟，并获得了第30届中国电影金鸡奖最佳女主角奖提名。

2015年，徐帆参与了明星旅游真人秀《花样姐姐第一季》，担任固定嘉宾，首次参与真人秀节目的徐帆表示，这是她第一次离开家人出来旅行，也并不担心因为节目而暴露自己的缺点。2016年，徐帆参加了央视联欢晚会，与冯巩表演小品《快乐老爸》。5月，徐帆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》中的多莉配音。

2018年5月21日，徐帆作为中戏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》，不仅分享了渐渐走远但又始终难忘的校园时光，而且还在短时间内进行了一场特殊的戏剧排练。2019年12月，根据电影导演冯小刚好友的真实人生经历改编的电影《只有芸知道》上映，徐帆饰演了林太太一角。2020年9月13日，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，徐帆参演了中央广播电视总台《英雄儿女——纪念中国人民志愿军抗美援朝出国作战70周年文艺晚会》。

2021年2月8日，徐帆与李雪健合作主演的全面建成小康社会网络剧《约定》播出。9月15日，第八届“文荣奖”评委会阵容名单出炉，徐帆入选评委会评委。9月19日，徐帆与张婧仪领衔主演的电影《关于我妈的一切》上映，徐帆饰演母亲季佩珍，影片讲述了一位身患绝症后的母亲，在平凡生活中所经历的一系列琐事，用最平凡的视角去演绎那最令人难舍的羁绊，她也凭借这个角色获得了第33届华鼎奖最佳女主角提名，以及第13届澳门国际电影节最佳女主角奖。随后由徐帆参演的电视剧《北辙南辕》和《半暖时光》在2021年7月与11月相继播出。12月31日，徐帆主演的电影《穿过寒冬拥抱你》上映。

2022年1月31日，徐帆参加了《2022年中央广播电视总台春节联欢晚会》，表演开场曲《欢乐吉祥年》。6月20日，由徐帆其主演的话剧《阮玲玉》在首都剧场上演，其在剧中出演阮玲玉一角，演了28年阮玲玉的徐帆不舍的表示，这是她最后一次主演《阮玲玉》。2023年，徐帆客串影视剧《回响》及主演的《为有暗香来》播出。

2024年2月10日，徐帆参加了《2024丝路春晚》，同一天，徐帆参演的电影《我们一起摇太阳》上映。2月13日，徐帆主演的电视剧《烟火人家》播出，饰演控制欲极强的母亲孟明玮。对于这样一个令人窒息的角色，徐帆也曾表示难以接受，但这个角色给了其很大的创作冲动，可以用自己的表演来表达一些东西，所以《烟火人家》里的角色对于徐帆来说是可遇不可求的。而针对这个角色，徐帆也确实加入了很多自己身为母亲及对人生的感悟。7月27日，参与节目《国家宝藏》第四季播出。8月6日，当选第十一届乌镇戏剧节评委会成员。8月14日，特别主演的电视剧《九部的检察官》在爱奇艺播出。9月2日，入选2024FIRST惊喜电影展导师评审团。

1987年，徐帆考入了中央戏剧学院表演系，在校期间与王志文由师生关系发展成为恋人，后分手。

1991年，徐帆在拍摄电影《大撒把》中结识了现在的老公冯小刚。1999年9月19日上午9点19分，徐帆和冯小刚领证结婚。2009年9月19日，徐帆和冯小刚共邀请了圈中50位好友参加了两人结婚十周年纪念日。

徐帆和冯小刚结婚多年，虽然没有亲生的孩子，但有两个女儿，一个是冯小刚的大女儿冯思羽，是冯小刚与前妻的孩子。之后又领养了一名女孩，名为徐朵，徐帆和冯小刚一直对其疼爱有加、视如己出。

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）

在当下演艺圈，在虐心领域，徐帆的表现堪称首屈一指。归结起来，徐帆的演艺气质非常适合演绎“虐心”，诠释这类角色时，她神情里的焦灼、伤感、茫然、哀怨、无措、偏执、倔强直击人心。（BRTV北广人物周刊 评）

表演是需要天赋的，但更多来自演员在众多角色中的历练。年轻时，徐帆就是一个自由松弛的人，她对世界的戒备心很低，总是真诚地交付自己的努力，对戏、对生活都是。（新京报 评）