2011年，出演张一白执导的青春爱情片《将爱情进行到底》。2012年，在范明、车永莉主演的伦理剧《平凡的岁月》中饰演徐涛的女儿徐丹霞；同年，主演李佳执导的青春爱情片《恋爱789》。

2013年，徐冬冬推出了第一支单曲《爱你那么多》；6月，与张翰、秋瓷炫、朱孝天共同出演都市职场偶像剧《华丽上班族》，在剧中饰演外表美艳、举手投足充满魅力的广告公司总监嘉玲；随后，搭档蒲巴甲出演的微电影《信之旅》在四川阿坝州开机；同年，主演车径行执导的剧情片《梦的密码》。

2014年，与胡军、余男、凤小岳合作出演动作爱情片《上海王》；2月，再度与蒲巴甲合作，共同主演的抗战剧《第一伞兵队》在云南杀青，在剧中饰演留学美国的伞兵教官孟雪；7月22日，主演的古装喜剧《欢天喜地俏冤家》播出，在剧中饰演个性外冷内热、武功盖世的侠女楚月；此外，她还出演了邢博、李海洋共同执导的惊悚悬疑片《封门村》，并在片中饰演陈亦飞的女友尼娜 ，而这也是徐冬冬尝试惊悚扮相。

2015年8月，出演刘伟强执导的动作喜剧片《澳门风云3》，在片中饰演女赌神骰子王；随后，出演宋江波执导的年代剧情片 《国酒》，在片中饰演刚强、敢于牺牲的巾帼英雄时英，而这也是徐冬冬首次尝试女红军的扮相；同年，主演马俪文执导的冒险喜剧片《A测试之爱情大冒险》。

2016年，徐冬冬出演的悬疑犯罪网剧《余罪》上线，在剧中饰演毒贩老大的秘书沈嘉文。2017年9月30日，出演王晶执导的的动作犯罪片《追龙》在全国上映，徐冬冬饰演拥有大爱仁义的玫瑰阿花；12月，主演阚家伟执导的悬疑犯罪片《大嫂》上线，在片中饰演逆袭上位的江湖大嫂左兰。

2018年，与沈腾、宋芸桦、张一鸣合作出演的喜剧片《西虹市首富》上映，在片中饰演“冷萌女特工”莎莎。

2019年6月，与王迅、倪大红、王劲松合作主演悬疑推理片《嫌疑人》；同年，出演电视剧《天龙八部》，徐冬冬饰演痴情一生敢爱敢恨的奇女子刀白凤；11月，搭档赵文卓主演电影《纹身之西部纵横》杀青，中饰演女主英姬。

2020年，主演的犯罪剧情电影《追龙番外篇之十亿探长》爱奇艺上线，在影片中饰演白珍妮；1月30日，与陈键锋合作主演的玄幻冒险题材电影《夺魂异阵图》上线，饰演青雀仙子；8月，主演新派武侠动作网络电影《盗圣一枝梅》，在片中饰演盗圣“一枝梅”；8月27日，主演的性感动作大片《特工狂花》在爱奇艺上映，在片中饰演霸气美艳的美女特工雅美；11月1日，主演的动作灾难电影《蝇岛》开机，在片中充满正义的记者濮欣。

2021年1月8日，主演的大型动作玄幻电影《长安伏妖》上映； 1月30日，主演的动作犯罪电影《卸甲归来》上映；3月12日，主演的超级悬疑推理剧《不能犯规的游戏》开播；3月16日，领衔主演的剧情动作电影《老板娘》在爱奇艺上映，在电影中饰演铁记饭店老板娘铁姐；3月20日，主演硬核动作怪兽灾难大片《畸变》开机；3月22日，芒果TV自制首档全女性脱口秀挑战节目《听姐说》正式官宣首批嘉宾，徐冬冬加盟；4月29日，徐冬冬参演的电影《狼人杀·启源》播出；5月20日，主演的电影《梦境俏佳人》定档；8月10日，特别出演的异能悬疑动作电影《狼人杀》在腾讯上线；8月12日，主演的灾难惊悚电影《鲨口逃生》在爱奇艺独家上线，在片中饰演与丈夫到海岛蜜月的小琳。