2005年，担任中国船舶科学研究中心副总工程师、研究员。

2013年12月，当选为中国工程院院士。

徐芑南担任五项水下潜器的总设计师，创造性地研制了多型载人深潜器和水下机器人。工作深度由300米、600米、1000米发展到6000米、7000米；其类型有载人、无人、有缆、无缆；其控制方式有载人手控、带缆遥控、无缆智能控制。

徐芑南于20世纪50年代末毕业就参加了中国船舶科学研究中心的建设。1959年起他首次主持了卡箍联接可拆式深海模拟设备及系统的设计和建造，这是中国20世纪60年代初突破中国国外技术封锁，自行研制的第一台国际先进结构形式的压力筒设备。20世纪70年代期间开创性地提出了双层、定比压力的新结构形式，并建成了压力达25MPa、直径达3m、高度达9m的中国最大压力筒设备及系统。这些深海模拟试验设施已成为排位世界第三的中国船舶研究试验基地重要组成部分之一。

徐芑南于20世纪60年代中期领导课题组首次在中国国内开创了圆柱耐压壳强度和稳定性试验研究所必需的模拟相似规律、物理特性纯化条件以及有初始缺陷控制的模型加工工艺规则及检测方法、应变及变形测量和失稳准则等。他的研究成果已被中国国内广泛应用于各种回转壳体的稳定性试验研究上。

20世纪80年代起中国深潜器高技术进入了一个跟踪和赶超世界先进水平的时代，研制的深潜器，其工作深度已从300m、600m、1000m，发展到6000m；其类型已从载入手控、带缆遥控，发展到无缆智能控制。徐芑南在每一技术发展阶段的我国自行研制的首台深潜器中，先后担任了四项任务的总设计师和一项任务的副总设计师。

徐芑南于20世纪80年代中期作为总设计师带领中国船舶科学研究中心等五个单位的技术骨干成功地完成了中国第一台单人常压潜水器（QSZ—I型）和双功能常压潜水器（QSZ—Ⅱ型）的研制，达到了国际同类产品的先进水平，填补了中国国内空白。这二种仿人形潜水器能在300m水深以内工作，操作人员不需经受加压和减压就能迅速下潜和上浮，尤其是Ⅱ型潜水器，设计思想新颖，实现了既能着地移动又能在水中航行，既是载入作业型又是遥控观察型的双功能，并引入了扩大功能的中继站，有效地提高了水下机动性，也保障了甲板遥控的功能。它能应用于救援和水库检测。

徐芑南于20世纪80年代末作为船舶总公司任命的总设计师制订了赶超国际先进水平的8A4缆控水下机器人设计方案及其技术途径与策略，还应用系统分析方法提出了单元节点四要素的接口网络新技术，成功地解决了各分系统之间复杂交错关系，在他的领导下，进行了外形优化设计，攻克了缆控无人水下机器人的关键技术，成功地研制出了中国第一台工作深度为600m，以援救为主、兼顾海洋油气开发的大功率作业型缆控无人潜水器，其整体性能达到90年代初国外同类水下机器人的先进水平，填补了中国国内空白，应用前景广阔，已参与有关海洋油气开发作业公司的合作。

徐芑南于20世纪90年代起任中国第一台自行研制大深度无缆智能型水下机器人“探索者”号的副总设计师。他以潜水器总体设计经验成功地完成了该项目的总布置设计和载体系统的研制。在他的主持和参加下攻克了一系列中国国内第一次设计到1000m工作水深的重要载体关键技术，有效地保证了“探索者”号无缆水下机器人能在1000m海域内进行救援、搜索和观察等作业。

1992年起徐芑南还担任6000m自治水下机器人的总设计师。潜深6000m的自治水下机器人是国际高新技术先进水平的反映，它可达到地球97%海域进行考察，为此该项研制任务既具有科学先进性又具有重要实用性。他组织、领导了控制、水声、载体、机械各领域近百名专家和技术骨干，在1000m无缆水下机器人研制实践基础上攻克了因6000m工作深度所带来的在设计、制造、联调和海试等方面的一系列难题，同时他主持了和有关国家的技术合作，正确贯彻了自力更生和技术引进相结合的精神，使研制工作做到了起点高、跨度大、时间短，于1995年完成了太平洋5200m深海功能考核试验，1996年全面完成了整个项目的研制任务，实现了原计划2000年才能达到的目标。该项目的研制成功为大洋协会探测太平洋5200m海底多金属结核矿提供了装备技术保障。

徐芑南是我国第一批为深海研发培养的人才，从最初的一名舰务兵到科研带头人，徐芑南在钻研进取中见证了新中国潜艇科学从无到有的发展进程。2002年，我国7000米载人深海潜水器科研项目成功立项，退休已六年的徐芑南不顾年迈，再度站上熟悉的科研一线，带领国内50多家科研院所精英攻克一项又一项科研难题。2012年6月24日，由我国自行设计、自主集成研制“蛟龙号”7000米海试成功，“蛟龙号”潜航员与“天宫一号”航天员成功进行了“海天对话”，中国也再度刷新了在世界载人深潜榜上的记录。2020年11月10日，中国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，下潜深度达到10909米，创下新纪录。“奋斗者号”的总设计师叶聪正是徐芑南院士的学生。

根据2020年中国工程院网站显示，徐芑南先后获得国家科技进步一等奖2项、二等奖1项，中国科学院科技进步特等、一等奖，上海市科技进步一等奖、船舶总公司科技进步一、二等奖。

徐芑南长期在科研岗位，退休前身体健康已经出现问题：他患有先天性“心肌桥”，一天曾查出心脏早搏一万多次；他的一只眼睛已仅存光感，之后这只眼睛的视网膜已经脱落；他还有高血压，必须每天服用降压药。

徐芑南这种一丝不苟的工作作风和全身心投入的工作热情深深感染了所有人。在他的带领下，蛟龙号团队十年磨一剑，实现了中国大深度载人潜器的“从无到有”，从浅蓝走向深蓝，缔造了中国载人深潜的辉煌篇章。（人民网评）

徐芑南创造性地为中国自行研制出多型载人潜水器和水下机器人，是业内公认的载人深潜器领路人。（央视网评）