2001年，作為SM Entertainment推出的四人女子團體M.I.L.K成員之一，以歌手身份出道。2003年組合宣布解散。
2006年，徐玄振通過出演音樂劇《Sound of Music》開始踏上演員之路，此后經歷了近五年的音樂劇演藝時期。10月，獲得出演金哲奎執導的古裝愛情劇《黃真伊》配角的機會，在劇中飾演恩浩未婚妻鄭佳恩，該劇改編自金琸桓的長篇小說《我，黃真伊》。
2007年3月，出演俞哲勇執導的職業愛情劇《H.I.T》，在劇中飾演張熙珍。
2009年，與SM Entertainment解約，同年加入DS Entertainment，開始專注于戲劇的演出。
2010年6月，主演好友具惠善執導的首部長篇音樂愛情電影《妖術》，在劇中飾演音樂學院鋼琴系學生智恩，這是徐玄振首次擔綱女主角的電影作品。
2011年，簽約Jump Entertainment。2月，出演林泰佑、金健洪執導的歷史劇《伙伴》，在劇中飾演父母早亡、在身為鞋匠的爺爺底下以假小子長大的少女月兒，憑借該劇獲得2011年MBC演技大賞女子新人獎。
2012年2月，出演李東允執導的愛情劇《神的晚餐》，在劇中飾演高俊英的對手、名廚何仁珠。10月，友情出演具惠善執導的第二部長篇愛情電影《桃樹》。11月，出演崔原碩、李在真執導的家庭劇《吳子龍走吧》，在劇中飾演AT集團社長千金羅珍珠，憑借該劇獲得2012年MBC演技大賞連續劇部門女子優秀演技獎。
2013年7月，主演樸成洙、鄭大胤執導的古裝愛情劇《火之女神井兒》，在劇中飾演陶器商人沈火靈，憑借該劇獲得第6屆韓國電視劇大賞女子優秀獎。9月，主演李相燁執導的歷史日日劇《帝王的女兒守百香》，在劇中飾演百濟武寧王之女守百香，并演唱該劇OST《井邑詞》。
2014年3月，出演旅行綜藝節目《首先放飛SNS遠征隊》，前往巴西，向觀眾們介紹巴西世界杯的主要場所。8月，主演宋載正編劇的浪漫歷史劇《三劍客》，在劇中飾演達鄉情書中的初戀、世子妃姜玧瑞，該劇改編自法國作家大仲馬的小說《三個火槍手》。
2015年4月，主演樸俊華執導的浪漫喜劇《一起吃飯吧2》，在劇中飾演31歲的自由業作家白秀智，該劇為2013年《一起吃飯吧》的續作，延續圍繞“食”的主題展開。8月，出演《一起吃飯吧2》衍伸美食類綜藝節目《和我的朋友一起吃飯》。9月，出演音樂劇《灰姑娘》。
2016年2月，主演宋賢旭執導的愛情喜劇《又是吳海英》，在劇中飾演32歲的快餐事業本部tf代理吳海英，并演唱該劇OST《愛情是什么》，憑借該劇獲得tvN十周年頒獎典禮電視劇女演員獎和浪漫喜劇女神獎，并獲得第5屆亞太明星頒獎典禮中篇劇集女子優秀演技獎。8月，客串樸俊和執導的愛情喜劇《打架吧鬼神》第13集。11月，主演劉仁值執導的醫療愛情劇《浪漫醫生金師傅》，在劇中飾演有著不屈不撓的精神的熱血外科醫生尹瑞靜，這是徐玄振第一次接觸醫學類電視劇，為了能夠更好演繹出醫生的感覺，她進行過多次實地考察，也拜訪過多位醫生與護士，12月，徐玄振憑借該劇獲得SBS演技大賞十大明星賞、Best Couple賞及題材電視劇部門優秀演技獎。
2017年1月，主演朱志洪執導的愛情電影《因為愛》，飾演懼怕舞臺表演的歌手志愿生賢京，并在片中彈唱了歌曲《因為愛》。5月，徐玄振憑借愛情喜劇《又是吳海英》獲得第53屆韓國百想藝術大賞電視劇部門最佳女主角。同年，出演SBS新月火劇《愛情的溫度》。
2018年1月，與孔劉、孔孝真等演員所屬社Management Soop正式簽訂專屬合約。7月，特別出演tvN劇集《一起用餐吧3》飾演男主角具大英（尹斗俊飾）前女友一角。10月1日，主演JTBC治愈愛情喜劇《內在美》開播，飾演每個月都會變身一星期的主人公韓世界。
2019年12月，主演tvN月火劇《黑狗》，飾演私立學校臨時老師高荷娜。
2021年，主演tvN新劇《你是我的春天》。
2022年6月3日，主演的愛情懸疑劇《為何是吳秀在》播出。
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