2001年，作为SM Entertainment推出的四人女子团体M.I.L.K成员之一，以歌手身份出道。2003年组合宣布解散。

2006年，徐玄振通过出演音乐剧《Sound of Music》开始踏上演员之路，此后经历了近五年的音乐剧演艺时期。10月，获得出演金哲奎执导的古装爱情剧《黄真伊》配角的机会，在剧中饰演恩浩未婚妻郑佳恩，该剧改编自金琸桓的长篇小说《我，黄真伊》。

2007年3月，出演俞哲勇执导的职业爱情剧《H.I.T》，在剧中饰演张熙珍。

2009年，与SM Entertainment解约，同年加入DS Entertainment，开始专注于戏剧的演出。

2010年6月，主演好友具惠善执导的首部长篇音乐爱情电影《妖术》，在剧中饰演音乐学院钢琴系学生智恩，这是徐玄振首次担纲女主角的电影作品。

2011年，签约Jump Entertainment。2月，出演林泰佑、金健洪执导的历史剧《伙伴》，在剧中饰演父母早亡、在身为鞋匠的爷爷底下以假小子长大的少女月儿，凭借该剧获得2011年MBC演技大赏女子新人奖。

2012年2月，出演李东允执导的爱情剧《神的晚餐》，在剧中饰演高俊英的对手、名厨何仁珠。10月，友情出演具惠善执导的第二部长篇爱情电影《桃树》。11月，出演崔原硕、李在真执导的家庭剧《吴子龙走吧》，在剧中饰演AT集团社长千金罗珍珠，凭借该剧获得2012年MBC演技大赏连续剧部门女子优秀演技奖。

2013年7月，主演朴成洙、郑大胤执导的古装爱情剧《火之女神井儿》，在剧中饰演陶器商人沈火灵，凭借该剧获得第6届韩国电视剧大赏女子优秀奖。9月，主演李相烨执导的历史日日剧《帝王的女儿守百香》，在剧中饰演百济武宁王之女守百香，并演唱该剧OST《井邑词》。

2014年3月，出演旅行综艺节目《首先放飞SNS远征队》，前往巴西，向观众们介绍巴西世界杯的主要场所。8月，主演宋载正编剧的浪漫历史剧《三剑客》，在剧中饰演达乡情书中的初恋、世子妃姜玧瑞，该剧改编自法国作家大仲马的小说《三个火枪手》。

2015年4月，主演朴俊华执导的浪漫喜剧《一起吃饭吧2》，在剧中饰演31岁的自由业作家白秀智，该剧为2013年《一起吃饭吧》的续作，延续围绕“食”的主题展开。8月，出演《一起吃饭吧2》衍伸美食类综艺节目《和我的朋友一起吃饭》。9月，出演音乐剧《灰姑娘》。

2016年2月，主演宋贤旭执导的爱情喜剧《又是吴海英》，在剧中饰演32岁的快餐事业本部tf代理吴海英，并演唱该剧OST《爱情是什么》，凭借该剧获得tvN十周年颁奖典礼电视剧女演员奖和浪漫喜剧女神奖，并获得第5届亚太明星颁奖典礼中篇剧集女子优秀演技奖。8月，客串朴俊和执导的爱情喜剧《打架吧鬼神》第13集。11月，主演刘仁值执导的医疗爱情剧《浪漫医生金师傅》，在剧中饰演有着不屈不挠的精神的热血外科医生尹瑞静，这是徐玄振第一次接触医学类电视剧，为了能够更好演绎出医生的感觉，她进行过多次实地考察，也拜访过多位医生与护士，12月，徐玄振凭借该剧获得SBS演技大赏十大明星赏、Best Couple赏及题材电视剧部门优秀演技奖。

2017年1月，主演朱志洪执导的爱情电影《因为爱》，饰演惧怕舞台表演的歌手志愿生贤京，并在片中弹唱了歌曲《因为爱》。5月，徐玄振凭借爱情喜剧《又是吴海英》获得第53届韩国百想艺术大赏电视剧部门最佳女主角。同年，出演SBS新月火剧《爱情的温度》。

2018年1月，与孔刘、孔孝真等演员所属社Management Soop正式签订专属合约。7月，特别出演tvN剧集《一起用餐吧3》饰演男主角具大英（尹斗俊饰）前女友一角。10月1日，主演JTBC治愈爱情喜剧《内在美》开播，饰演每个月都会变身一星期的主人公韩世界。

2019年12月，主演tvN月火剧《黑狗》，饰演私立学校临时老师高荷娜。

2021年，主演tvN新剧《你是我的春天》。

2022年6月3日，主演的爱情悬疑剧《为何是吴秀在》播出。