1956年就读于南京航空航天大学（原南京航空学院），中途转学。

1962年毕业于复旦大学，1965年北京大学研究生毕业。

1967年3月至今在中国科学院上海光学精密机械研究所工作，曾任该所所长，现任该所学术委员会主任。

1991年当选为中国科学院数学物理学部学部委员（院士）。

1990年国家人事部批准的国家级有突出贡献的中青年专家。

1995年被国务院授予全国先进工作者。

1993年度上海市十大科技精英。

1996年度上海市科技功臣。

2004年当选为第三世界科学院院士。徐至展现为中科院上海光学精密机械研究所研究员。

2000年10月被聘为北京大学物理学院教授，并担任中科院－北京大学激光物理与超快光科学联合研究中心主任。

徐至展主要从事光学与光子学、激 光科学、核聚变与等离子体物理等前沿学科领域的研究，特别致力于开拓发展我国强激光物理与超强超短激光科学及重大应用，作出了具有重要国际影响力的先驱性贡献。他是中国惯性约束激光核聚变领域早期研究的主要领导人之一，曾长期长期主持上海光机所激光核聚变研究，是各阶段实验装置和物理方案的主要提出者；在实现激光打靶发射中子、微球靶压缩、建立总体计算机编码及建成六路激光打靶装置等项重大成果中均有重要贡献。在强激光与等离子体相互作用研究领域，从实验和理论两个方面进行了深入与全面的开创性研究，特别是在非线性和不稳定过程研究方面，取得系统成果。在X射线激光物理方面，1981年已实现粒子数反转并发现新反转区；首次在国际上用类锂离子和类钠离子方案获得八条新波长X射线激光，最短波长已达46.8 埃；发现新的跃迁能级并在泵浦功率很低的水平下实现上述激光。在强场激光物理领域，特别是在超短脉冲强激光与电子、原子、分子、团簇的相互作用，强激光驱动粒子加速物理以及新型超短超强激光等研究方面都取得重要成果。中国超强超短激光科学与强场物理新领域的开拓者与领头人，取得重大突破性成就。特别是近年开拓与发展新一代超强超短激光取得重大突破，被国际同行认为是同类研究领域中“十年来最杰出的实验成就”等。

自研究生毕业以来，徐至展一直在 中国科学院上海光学精密机械研究所从事并主持激光物理与现代光学等领域的科研工作。在激光与物质相互作用、高功率激光、X射线激光、激光核聚变、激光等离子体、强场激光物理和超快激光科学等学科领域进行了深入的研究，取得系统创造性成果，为我国上述学科领域的开拓与发展作出重要贡献。在国内外重要学术刊物上发表论文三百余篇，近年约二十次被邀在美、英、德、日、俄、瑞典等国举行的重要国际学术会议作大会特邀或主题报告。作为第一研究者完成的十项重大成果曾获国家或中科院奖励，包括国家自然科学奖二等奖一项、三等奖一项；国家技术发明奖二等奖一项；国家科技进步奖三等奖一项；中科院自然科学奖一等奖二项、二等奖二项；中科院科技进步奖一等奖二项；中科院技术发明奖一等奖一项；全国科学大会重大成果奖一项等。招收培养了38名博士生，接受过16名博士后。 　

徐至展院士是著名的激光与光电领域国际学术会议（CLEO）中国地区主席（1993、1994、1995、1996）、太平洋沿边地区CLEO会议国际协调委员会成员（1995、1997、1999）、国际顾问委员（2001）、国际X射线激光学术会议国际顾问委员（1994、1996、1998、2000）、国际非线性光学会议的国际顾问委员会委员（2000）、是1993年世界（华人）光学大会主席、1992年国际激光等离子体相互作用学术讨论会主席、1997 年13届国际激光光谱学术会议组织委员会主席、1998年国际先进激光与光电子学会议主席、1999年国际激光物理与量子光学会议主席、2000年 亚太地区激光学术讨论会节目委员会主席等。

徐至展领衔的“中国强光物理研究获国际首创成果”，被两院院士等评为1 996年中国十大科技新闻之一。1996年获上海市科技功臣奖，1998年获 何梁何利基金科学与技术进步奖。2006年在国际超快强激光科学学术会议上，与美国科学家P. Agostini教授共同被授予“激光科学杰出贡献”金牌奖等。

徐至展1990年被国家人事部批准为国家级有突出贡献中青年科学家，1989、1993年两次被评为上海市劳动模范，1993年被评为上海市十大科技精英，1995年被国务院授予全国先进工作者称号等。

中国科学院数理学部常委、中国光学学会副理事长，光学学报主编，《Chinese Journal of Lasers》主编，《中国科学》、《科学通报》、《Chinese Physics》等编委，国务院学位委员会与全国博士后流动站的学科评议组专家，国家自然科学奖评审委员会委员，上海应用物理研究中心学术委员会主任等职。1987年受 李政道教授聘任为中国高等科学技术中心（世界实验室）首届特别成员。1997年被选为美国光学学会成员，2000年起担任国际量子电子学理事会理事。他现被国家科技部聘任为《国家攀登计划》和《国家重点基础研究发展规划》（即国家"973"计划）项目的首席科学家。2001年5月受聘为中山大学教授。