1956年就讀于南京航空航天大學(xué)（原南京航空學(xué)院），中途轉(zhuǎn)學(xué)。

1962年畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)，1965年北京大學(xué)研究生畢業(yè)。

1967年3月至今在中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所工作，曾任該所所長，現(xiàn)任該所學(xué)術(shù)委員會主任。

1991年當(dāng)選為中國科學(xué)院數(shù)學(xué)物理學(xué)部學(xué)部委員（院士）。

1990年國家人事部批準(zhǔn)的國家級有突出貢獻(xiàn)的中青年專家。

1995年被國務(wù)院授予全國先進(jìn)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年當(dāng)選為第三世界科學(xué)院院士。徐至展現(xiàn)為中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員。

2000年10月被聘為北京大學(xué)物理學(xué)院教授，并擔(dān)任中科院－北京大學(xué)激光物理與超快光科學(xué)聯(lián)合研究中心主任。

徐至展主要從事光學(xué)與光子學(xué)、激 光科學(xué)、核聚變與等離子體物理等前沿學(xué)科領(lǐng)域的研究，特別致力于開拓發(fā)展我國強(qiáng)激光物理與超強(qiáng)超短激光科學(xué)及重大應(yīng)用，作出了具有重要國際影響力的先驅(qū)性貢獻(xiàn)。他是中國慣性約束激光核聚變領(lǐng)域早期研究的主要領(lǐng)導(dǎo)人之一，曾長期長期主持上海光機(jī)所激光核聚變研究，是各階段實(shí)驗(yàn)裝置和物理方案的主要提出者；在實(shí)現(xiàn)激光打靶發(fā)射中子、微球靶壓縮、建立總體計(jì)算機(jī)編碼及建成六路激光打靶裝置等項(xiàng)重大成果中均有重要貢獻(xiàn)。在強(qiáng)激光與等離子體相互作用研究領(lǐng)域，從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面進(jìn)行了深入與全面的開創(chuàng)性研究，特別是在非線性和不穩(wěn)定過程研究方面，取得系統(tǒng)成果。在X射線激光物理方面，1981年已實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并發(fā)現(xiàn)新反轉(zhuǎn)區(qū)；首次在國際上用類鋰離子和類鈉離子方案獲得八條新波長X射線激光，最短波長已達(dá)46.8 埃；發(fā)現(xiàn)新的躍遷能級并在泵浦功率很低的水平下實(shí)現(xiàn)上述激光。在強(qiáng)場激光物理領(lǐng)域，特別是在超短脈沖強(qiáng)激光與電子、原子、分子、團(tuán)簇的相互作用，強(qiáng)激光驅(qū)動粒子加速物理以及新型超短超強(qiáng)激光等研究方面都取得重要成果。中國超強(qiáng)超短激光科學(xué)與強(qiáng)場物理新領(lǐng)域的開拓者與領(lǐng)頭人，取得重大突破性成就。特別是近年開拓與發(fā)展新一代超強(qiáng)超短激光取得重大突破，被國際同行認(rèn)為是同類研究領(lǐng)域中“十年來最杰出的實(shí)驗(yàn)成就”等。

自研究生畢業(yè)以來，徐至展一直在 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所從事并主持激光物理與現(xiàn)代光學(xué)等領(lǐng)域的科研工作。在激光與物質(zhì)相互作用、高功率激光、X射線激光、激光核聚變、激光等離子體、強(qiáng)場激光物理和超快激光科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究，取得系統(tǒng)創(chuàng)造性成果，為我國上述學(xué)科領(lǐng)域的開拓與發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文三百余篇，近年約二十次被邀在美、英、德、日、俄、瑞典等國舉行的重要國際學(xué)術(shù)會議作大會特邀或主題報(bào)告。作為第一研究者完成的十項(xiàng)重大成果曾獲國家或中科院獎勵(lì)，包括國家自然科學(xué)獎二等獎一項(xiàng)、三等獎一項(xiàng)；國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎一項(xiàng)；國家科技進(jìn)步獎三等獎一項(xiàng)；中科院自然科學(xué)獎一等獎二項(xiàng)、二等獎二項(xiàng)；中科院科技進(jìn)步獎一等獎二項(xiàng)；中科院技術(shù)發(fā)明獎一等獎一項(xiàng)；全國科學(xué)大會重大成果獎一項(xiàng)等。招收培養(yǎng)了38名博士生，接受過16名博士后。 　

徐至展院士是著名的激光與光電領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)會議（CLEO）中國地區(qū)主席（1993、1994、1995、1996）、太平洋沿邊地區(qū)CLEO會議國際協(xié)調(diào)委員會成員（1995、1997、1999）、國際顧問委員（2001）、國際X射線激光學(xué)術(shù)會議國際顧問委員（1994、1996、1998、2000）、國際非線性光學(xué)會議的國際顧問委員會委員（2000）、是1993年世界（華人）光學(xué)大會主席、1992年國際激光等離子體相互作用學(xué)術(shù)討論會主席、1997 年13屆國際激光光譜學(xué)術(shù)會議組織委員會主席、1998年國際先進(jìn)激光與光電子學(xué)會議主席、1999年國際激光物理與量子光學(xué)會議主席、2000年 亞太地區(qū)激光學(xué)術(shù)討論會節(jié)目委員會主席等。

徐至展領(lǐng)銜的“中國強(qiáng)光物理研究獲國際首創(chuàng)成果”，被兩院院士等評為1 996年中國十大科技新聞之一。1996年獲上海市科技功臣獎，1998年獲 何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎。2006年在國際超快強(qiáng)激光科學(xué)學(xué)術(shù)會議上，與美國科學(xué)家P. Agostini教授共同被授予“激光科學(xué)杰出貢獻(xiàn)”金牌獎等。

徐至展1990年被國家人事部批準(zhǔn)為國家級有突出貢獻(xiàn)中青年科學(xué)家，1989、1993年兩次被評為上海市勞動模范，1993年被評為上海市十大科技精英，1995年被國務(wù)院授予全國先進(jìn)工作者稱號等。

中國科學(xué)院數(shù)理學(xué)部常委、中國光學(xué)學(xué)會副理事長，光學(xué)學(xué)報(bào)主編，《Chinese Journal of Lasers》主編，《中國科學(xué)》、《科學(xué)通報(bào)》、《Chinese Physics》等編委，國務(wù)院學(xué)位委員會與全國博士后流動站的學(xué)科評議組專家，國家自然科學(xué)獎評審委員會委員，上海應(yīng)用物理研究中心學(xué)術(shù)委員會主任等職。1987年受 李政道教授聘任為中國高等科學(xué)技術(shù)中心（世界實(shí)驗(yàn)室）首屆特別成員。1997年被選為美國光學(xué)學(xué)會成員，2000年起擔(dān)任國際量子電子學(xué)理事會理事。他現(xiàn)被國家科技部聘任為《國家攀登計(jì)劃》和《國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃》（即國家"973"計(jì)劃）項(xiàng)目的首席科學(xué)家。2001年5月受聘為中山大學(xué)教授。