2006年，参演赵宝刚执导，佟大为、马伊琍、李小璐主演的励志青春剧《奋斗》。

2007年，出演民国情感剧《生死桥》，在剧中饰演丹丹的师妹龙小翘；同年，在陆毅、李小冉主演的谍战剧《夜幕下的哈尔滨》中饰演警察局长警葛明礼的夫人莜翠仙。

2008年，在万茜、李光洁主演的战争剧《浴血记者》中饰演方世龙的电影明星女儿何媚；同年，在商战言情剧《想说爱你不容易》中饰演章萍；11月，出演改编于作家张恨水的同名小说的民国剧《纸醉金迷》播出。

2009年，与赵子琪、刘威葳共同主演红色军旅剧《新四军女兵》饰新四军战地服务团的女战士林蕤；9月，出演的国庆60周年献礼剧《八百里洞庭我的家》播出。

2010年，联合张译、潘雨辰、涂松岩主演年代情感剧《雪花那个飘》饰文艺委员初萌；6月，参演兰少寅执导的民国复仇传奇剧《别无选择》；同年，搭档张译主演家庭爱情剧《掌门女婿》，在剧中女主角林家二女儿林欢，外柔内刚型，有主见，是个贤妻良母。

2011年，领衔主演缉毒题材剧《背后》饰火山的妹妹，化名沈瞳，为了替兄复仇；8月，与于小伟、闫学晶共同主演王滨执导的商战传奇剧《闯关东前传》；同年，与钟汉良、杨蕊主演谍战悬疑剧《一触即发》，在剧中饰侦缉处行动组的中校组长“李沁红”。

2012年，在文章自导自演的都市情感剧《小爸爸》中饰演教师小艾，因在剧中与刘欢扮演一对情侣，获第四届乐视盛典年度电视剧最佳荧屏情侣。

2013年，在于震、于明加主演战争剧《虎刺红》饰中共地下党员“花想容”；同年，与佟大为、姚笛共同主演都市爱情伦理剧《俏妈萌爸的甜蜜时光》饰杨琳；同年，出演都市题材剧《我们的青春无悔》。

2014年，搭档奇道主演抗日剧《血战到底之壮丁也是兵》，在剧中饰演率真霸气的“女土匪”黄飞燕；同年，徐梵溪出演郑晓龙执导的古装历史剧《芈月传》，在剧中饰演坏的直接爱的彻底芈茵。

2015年7月3日，主演的都市爱情剧《我的宝贝》在江苏卫视播出；11月5日，主演的偶像情感剧《我的爱情撞上了战争》开机，徐梵溪剧中饰演大户小姐陈如歌。

2016年3月18日，与沙溢联合主演的年代剧《爷们儿李大宝的平凡岁月》开机，剧中饰演舞蹈演员张朵朵；与钟汉良、马天宇主演的现代情感剧《凉生，我们可不可以不忧伤》，在剧中饰演姜生的母亲。

2017年2月，徐梵溪与刘欢、杜源主演的都市家庭剧《淘气爷孙》在深圳卫视播出，在剧中饰演时尚辣妈陈薇薇；7月，在李印执导的电视剧《战地枪王》中饰演冷静细致的推理能手巾帼英雄抗联女战士李如雪；9月，做客原创跨界喜剧竞技秀节目《跨界喜剧王》，首次挑战喜剧。

2019年7月31日，参演的电视剧《小欢喜》在东方卫视、浙江卫视播出；10月，入围第六届“中国电视好演员”绿组女演员候选名单。11月，出演的电视剧《美好的日子》开机。