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,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,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;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,参演古装电视剧《锦衣夜行》;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;同年,参演电视剧《人生若如初相见》和古装宫廷偶像剧《独孤天下》;同年,徐正溪工作室正式加盟华策华凡星之经纪。
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。
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。
2019年5月24日,搭档姚笛等主演的网剧《痕迹》在青岛正式开机;7月19日,与杨烁、古力娜扎等合作主演的悬疑爱情剧《归还世界给你》播出;9月19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》首播,在剧中饰演禁欲系大律师赵承志。
2020年,出演电视剧《蓬莱间》,在剧中饰演沈醉。