2015年，徐嘉雯与窦骁、约瑟夫·费因斯合作出演中美合拍的战争电影《终极胜利》，在片中饰演女主角“凯瑟琳·斯坦蒂斯（Catherine Standish）”，是一名性格柔韧而又不失坚强的新西兰护士，从而正式踏入演艺圈。

2016年，担任美国独立电影《Unspoken Code》的女主角“Rohonda”，该片获得了2018年多伦多“女性眼”电影节（Female Eye Film Festival 2018）的“最佳短片（Best Short Movie”）。同年，出席戛纳国际电影节（Cannes International Film Festival 2017）。

2017年，搭档樊少皇出演动作电影《痞子兵王之飓风营救》的女主角“林娜”；随后，携手唐禹哲主演科幻电影《原脑：坏死区》，饰演女主角“布丁”，大胆尝试一人分饰两角的大女主设定。同年，合作欧豪、王千源、张译、唐艺昕等多名国内影帝影后，出演年度巨制战争电影《八佰》中的女二号“Eva”。

2018年，搭档殷桃、王雷、李乃文，主演大型中俄年代电视剧《爱情的边疆》，在片中饰演性格叛逆的女二号“文文”。为了角色需要，她还专门请了一位来自东北的中文老师学东北腔；同年，出演系列电影《狼人杀》女主角“Luna”，合作张开泰、徐冬冬等。

2019年，与阮经天、宋祖儿等合作主演都市美食情感剧《舌尖上的心跳》，在剧中饰演家世显赫、气场逼人的女二号“伊丽丝”；同年，宣布与张丹峰、赵楚纶等合作监狱题材电视剧《铸魂》担任女主角。

2021年4月29日，徐嘉雯主演的电影《狼人杀·启源》播出。