徐熙媛毕业于华冈艺校戏剧科，与妹妹徐熙娣(小S)以“SOS”(Sisters Of Shu、徐氏姊妹)的名义发行首张唱片《占领年轻》。在出版数张专辑后，因SOS的艺名著作权和经纪合约问题，被迫禁止出版有声品。在法令限制下，她与妹妹徐熙娣以ASOS名义转战台湾主持界，主持八大电视GTV综合台的娱乐新闻节目《娱乐百分百》。
2000年由可米瑞智公司制作的华视偶像剧与偶像组合F4合演的青春偶像剧《流星花园》，大S在剧中饰演“杉菜”一角。该于2001年在台湾首播，2002年上映之后以平均收视6.99成为台湾电视剧收视第四，2001年《流星花园》在中国内地播出。
2004年大S与刘烨拍摄了她的电影处女作《疑神疑鬼》。2004年她与F4中的周渝民合作主演台湾偶像剧《战神》，俩人在该剧中担任男女主角。
2005年大S自己创作的《美容大王》一书在中国内地、台湾上市出售。《美容大王》在内地、台湾热卖并已突破80万本。
2006年5月26日主演由导演苏照彬执导的台湾惊悚电影《诡丝》，该影片入围戛纳电影节“官方正式观摩影片”单元，成为中国台湾地区唯一获得大会官方提名的科幻惊悚电影。
2007年《转角遇到爱》上映，大S与罗志祥出色的演技使这部偶像剧受到好评，并在嘉兴新闻综合频道创开播前三天的“收视冠军”，取得平均收视率为9.1的佳绩，而该剧也成为年度合拍偶像剧领域的“收视冠军”。2007年《美容大王2·揭发女明星》出版发行。
2007年大小S再次合作主持美食节目《大小爱吃》(备注：2007年6月11日起在每周一至周四晚间11:00至12:00在八大综合台播出)10月因小S待产停播，2008年3月12日重新复出进棚录制，2008年3月24日起改由晚间9点首播。
2008年在动作电影《保持通话》中徐熙媛饰演单亲妈妈Grace王海晴(备注：改编自于2004年由新线影业发行的电影《一线声机》)，并入围第28届香港电影金像奖之最佳女主角奖。2008年大S拍摄《爱的发声练习》，剧中讲述了大S饰演的女主角小猫从18岁到28岁的人生遭遇，大S在电影里和彭于晏、张孝全与东明相展开3段恋情。2008年7月5日，第19届台湾金曲奖流行类颁奖礼于19时在台北小巨蛋举行，陶晶莹、大S、小S、侯佩岑共同主持了颁奖典礼。2008年8月24日《舞林大道》开始播出，由黑人陈建州及大S徐熙媛担当主持。2008年9月28日电影《保持通话》上映，上映4天就取得了300多万港币的票房，同时香港英皇为《保持通话》办庆功宴，并为大S报名香港金像奖的最佳女主角。2008年11月5日由王晶执导、刘德华、大S、徐娇、贺军翔领衔主演的科幻警匪片《未来警察》在香港举行开机仪式，大S在影片中与刘德华演绎一段穿越时空的感情。2008年11月21日电影《爱的发声练习》在台湾上映。
2009年徐熙媛、古天乐主演喜剧《大内密探零零狗》，片中徐熙媛一改往日的文戏路线为打斗戏，该片的投资高达数千万元人民币，影片在2009年暑期档上映。2009年2月11日第28届香港电影金像奖举行记者招待会，并于2009年4月19日在香港文化中心举办了金像奖颁奖典礼，同时向外界公布了十九个奖项的提名名单，大S凭《保持通话》入围最佳女主角，这是大S首次获得金像奖提名。2009年3月15日偶像剧《泡沫之夏》(备注：剧本改编自明晓溪的同名小说)的开机发布会在台北举行，大S、黄晓明、何润东等主演全部到场，大S在片中饰演坚强的少女尹夏沫，该片以她的成长经历为主线，围绕着爱情、亲情展开。2009年5月徐熙媛来北京以美棉形象大使的身份宣传环保理念，在中央美院大S展示了COTTON USATM “Natural World”限量版作品，该作品每售出一件，部分收益会直接捐给中华环境保护基金会，用于环保慈善。2009年6月获善待动物组织网站，公布成为《2009年亚洲最性感素食女艺人》。2009年7月20日台湾偶像剧《泡沫之夏》(备注：改编自内地言情天后明晓溪的同名作品)杀青，剧中主演大S、黄晓明等参加剧组21日在台北举办的杀青酒会。2009年7月30日古装喜剧《大内密探灵灵狗》在全国各大影院上映，该片由王晶自编自导，演员阵容有古天乐、大S、吴君如以及佟大为、小宋佳等艺人，上映一周票房直逼6000万人民币，成为2009年暑期唯一破亿华语片，并摘获2009年中国大陆暑期档华语片冠军。2009年10月6日正值大S徐熙媛33岁的生日，她与谢霆锋筹划拍摄爱情故事影片《全城热恋》中一场驾驶电单车怒掟头盔的戏份。2009年11月3日主演杨紫琼、徐熙媛、余文乐等艺人出席了投资1200万美元的武侠电影《剑雨江湖》的开机仪式，徐熙媛在影片中扮演女杀手。2009年11月26日台湾演员徐熙媛在北京为善待动物组织(PETA)的全新广告揭幕，在广告中大S与一只小鸡依偎在一起，主题标语为“爱她，爱素食。”2009年12月21日徐熙媛为瑞士护肤品牌Suisse Programme代言并拍摄电视广告，片中大S化身奥斯卡巨星，身着意大利Blumarine的华丽盛装亮相。
2010年1月刘德华、徐熙媛主演的《未来警察》原定在2009年12月25日上映，推迟到2010年2月5日。2010年2月徐熙媛为善待动物组织拍摄的第二辑素食广告，大S表示“吃素后身体的转变让我感到很惊讶，这是减肥的最好的 方法。”2010年1月9日美国国际棉花协会携手2010年美棉形象大使大S徐熙媛展示了六种风格迥异的限量版手帕。2010年2月14日由徐熙媛主演的春节贺岁档唯一爱情片《全城热恋》以情人节单日票房1044万成为票房冠军，并被观众评价为“华语贺岁爱情片佳作”。2010年3月24日徐熙媛在杜莎夫人蜡像馆，为她在电影《未来警察》的特警造型蜡像揭幕，大S打扮得与蜡像一模一样。2010年3月26日，电影《未来警察》在北京举行首映庆典，主演刘德华、大S等悉数到场，并为电影首映祝贺。2010年3月27日由蔡康永、徐熙娣主持的台湾谈话节目《康熙来了》在北京首都体育馆举行了北京康熙盛典演唱会，大S作为嘉宾出席演唱会现场并与小S、范晓萱共同演唱了摇滚风格的歌曲《你的甜蜜》。
2010年徐熙媛与黄晓明拍摄《ELLE》5月杂志封面。2010年4月1日由任贤齐、大S、罗家英等主演的动作喜剧古装片《龙凤店》在横店开机。2010年6月13日与余文乐、吴彦祖、杨紫琼、吴宇森夫妇、郑雨盛及尔冬升夫妇等出席上海国际电影节开幕礼。2010年8月1日与刘德华、郑伊健等明星接拍影片《未世录》。2010年8月12日古装喜剧片《龙凤店》在广州举行首映发布会，任贤齐、徐熙媛、霍思燕、陈百祥、罗家英等悉数到场。2010年11月接拍高晓松导演，韩庚、吴尊等主演的电影《大武生》，影片中大S饰演席木兰，在片场她的敬业态度和演技得到剧组的好评。
2011年4月18日徐熙媛现身武汉，出席代言的Konson柯尚木门媒体见面会。2011年4月28日作为代言人大S现身瑞士制表品牌天梭在广州天河举行的母亲节媒体发布会，现场分享家庭生活的甜蜜并送上母亲节的感恩祝福。2011年5月大S为《时尚芭莎》杂志拍摄封面。2011年5月27日大S婚后首次在台湾出席天梭代言活动。2011年5月30日在北京徐熙媛与杨坤出席美棉活动，大S穿着白色短裙，头戴棉花做成的白色蝴蝶结，似少女般清纯，杨坤现场演唱了大S作词，自己作曲的活动主题曲《天然美棉·连系全球》，与观众共同感受“棉棉”情谊，分享和见证“天然美棉·连系全球”的故事。2011年6月5日大S和林依轮在北京友情主持“家庭日·爱之秀·关注孤独症孩子慈善活动”，丈夫汪小菲也出席了活动现场，夫妻二人以8万高价拍画，将拍画所得的钱用于关注孤独症孩子慈善活动。2011年6月14日， 大S联同吴尊、韩庚、洪金宝等现身上海电影节，为电影《大武生》造势。2011年6月18日晚大S出席了北京红星美凯龙家具品牌的25周年庆典活动，而大S和妹妹小S的共同亮相成为了庆典晚会的亮点。2011年6月21日徐熙媛姐妹在台湾出席舒摩尔代言活动。2011年6月30日瑞士制表品牌天梭代言人徐熙媛亮相现场，为“瓷艺”腕表揭幕，同时为南京中央商场专卖店剪彩。2011年7月1日贝迩2011年秋冬新品发布会在深圳大梅沙海景酒店召开，形象代言人徐熙媛身着橘色露肩礼裙出席发布会现场。2011年7月12日大S参与拍摄歌手苏见信的MV《黎明之前》，与苏见信一起上演末日爱恋。2011年9月5日大S与电影主创韩庚、吴尊、洪金宝、刘谦在北京出席《大武生》首映礼。2012年6月21日参演的影片《车手》在香港连续2周荣获票房冠军。
2012年3月22日徐熙媛现身台北，出席了菲拉格慕 (Salvatore Ferragamo) 在台北新光三越信义A4馆举行的开幕酒会，随后又参加在W Hotel举办的2012年春夏女装发表会。2012年9月大S代言阿依莲2012年秋季新品女装。2012年12月美国电影网站《TC Candler》公布年度全球“百大最漂亮面孔女星”，徐熙媛入围榜单，名列89。
