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 。
2011年，担任全民运动一条心宣传大使。
2013年5月26日，参加首尔“2013 NEW RACE SEOUL”10公里马拉松比赛，宣传健康运动 。
2016年12月，为了改善韩国人对领养的认知，韩国某时尚杂志携手韩国作家举办公益摄影展“天使们的信件”，徐玄振等人参与了慈善写真的拍摄 。
2017年1月17日下午，为有意义地履行收视率公约，徐玄振和柳演锡来到了京畿道华城翰林大学圣心医院，与儿童病房里的小病友们一起度过了温暖的时光 。