2007年，以处女作《第十九层空间》出道。

2008年，加入香港寰宇公司。

2009年2月，与刘烨、罗嘉良合作的电视剧《男儿本色》播出，饰演性格复杂亦正亦邪的施孝仁。

2011年1月，与邱泽、唐嫣主演的情感剧《夏家三千金》在安徽卫视播出，徐正溪饰演严立恒，该片网络总点击量突破5亿；8月，在胡歌、唐嫣主演的时装剧《无懈可击之高手如林》中客串演出张大宇一角；9月，搭档唐嫣、邱泽、戚薇主演都市偶像剧《爱情睡醒了》，出演第二男主角，心地善良的明星季如风 。

2012年4月5至月，与郑伊健、蔡卓妍拍摄港产电影《我老公不靠谱》出演林书浩一角；7月至10月拍摄谍战剧《穷追不舍》。

2013年8月，其主演的古装剧《画皮之真爱无悔》登陆央视一套、八套暑期档播出，徐正溪饰演表哥肖阳；11月，与江铠同、范逸臣主演的时装爱情偶像剧《爱闪亮》在江西卫视播出，饰演毕业于名牌大学的高然，是江铠同在剧中的“守护者”；

2014年8月20日，与林峯、王珞丹的主演古装剧《卫子夫》在浙江卫视、东方卫视、安徽卫视黄金档联播，饰演大臣段宏，该剧以1.222平均收视夺暑期卫视黄金档收视冠军；同年10月，与陈晓东、唐艺昕主演的励志剧《加油爱人》在湖南卫视播出；12月，与吴千语主演的电影《精武青春》上映，饰演武艺高强的武术队校草“大师兄”。

2015年7月31日，参演的浪漫爱情喜剧电影《巴黎假期》全国上映。

2016年，在李敏镐、钟汉良主演的动作喜剧片《赏金猎人》中饰演视人命如草芥的爆炸狂魔汤姆；7月，与颖儿、王娅楠等主演都市情感偶像剧《望夫成龙》播出，出演第一男主角整形医生张孟奇；参演电视剧《人生若如初相见》和古装宫廷偶像剧《独孤天下》。

2017年5月22日，与明道、刘诗诗、江语晨主演的纯爱催泪电视剧《天使的幸福》开播，在剧中饰演李晓涵的初恋情人江奉恩；11月15日，与窦骁、古力娜扎主演的都市职场情感励志剧《十年三月三十日》在深圳开拍，在剧中饰演禁欲系大律师赵承志。

2018年，主演古装臻爱励志剧《凤弈》 ；10月17日，与王玉雯、李沐宸等主演由赵锦焘、张进庆执导的古装奇幻剧《九州·天空城2》开机，在剧中饰演雪景空。