2005年，徐乐同参加“百事新星大赛”，获得华北赛区10强。2007年，参加东方卫视歌唱选秀节目《我型我秀》的比赛，获得北京赛区25强。

2008年，出演廖思行执导的音乐电影《友和校园之初章》，在片中饰演小同；同年，为“YOHO!音乐季”演唱主题曲《YOHO!》。

2010年，参加湖南卫视选秀娱乐节目《快乐男声》的比赛，最终获得广州唱区25强、全国300强；随后，担任腾讯网明星访谈类节目《明星面对面》、《腾讯名人坊》的主持人；同年，担任羽泉《我的青春我的城》的MV男主角。

2011年，担任湖南卫视选秀娱乐节目《快乐女声》北京绿色通道的全程主持人；同年，徐乐同还担任了青海卫视选秀娱乐节目《花儿朵朵》北京绿色通道的全程主持人。

2012年3月，与方龄搭档主持光线传媒“娱乐大典”；10月，受邀担任李炜个人首张专辑《造梦者》在北京举办的视听品享会主持人；同年，徐乐同还为张皓然单曲《月光》作曲；之后，徐乐同出席安徽卫视“国剧盛典”，并作为表演嘉宾演唱歌曲《新年快乐》。

2013年，担任东方卫视时尚美妆类节目《时尚汇》的主持人；同年，担任东方卫视歌唱选秀节目《中国梦之声》北京赛区招募主持人；之后，出演摇铃执导的微电影《私家菜》，在片中饰演福子。

2014年，徐乐同与唐文龙合作主演都市情感网络剧《诛三计》，在剧中饰演女主角曼娜的弟弟曼子强，与郑清文饰演一对姐弟；同年，出演全英文真人口语秀节目《FIVE》。

2015年，出演管虎执导的剧情电影《老炮儿》，在片中饰演十二少；3月，参加广西卫视收藏类节目《收藏马未都》的录制；8月，出演王小列执导的时尚宠物情感剧《神犬小七》，在剧中饰演胡一平。

2016年，为悬疑偶像剧《重生之名流巨星》创作插曲《填空题》；同年，与蒋梦婕、姜潮合作主演由韩天执导的青春校园网络剧《28岁未成年》，在剧中饰演外号“乔志摩”、充满浪漫主义的语文老师乔俊 [8]  ；8月3日，其主演的科幻悬疑穿越电影《杀死记忆》上映，而他在片中则饰演了花花公子波少；随后，以嘉宾身份加盟安徽卫视生活科学实验类节目《最佳选择》；8月25日，与刘璇搭档主持旅游卫视运动综艺类节目《我是超人》；9月，出演孟瑀执导的军事题材电影《火蝎特战队》，在片中饰演冷面神枪手骆群；10月，出演郑晓龙、刘雪松执导的都市医疗剧《急诊科医生》，在剧中饰演单纯阳光的医生王子乔；10月17日，与徐俐搭档主持中央电视台综艺节目《中华情》；之后，与徐璐、潘玮柏合作出演曾丽珍执导的都市感情剧《不得不爱》，在剧中饰演黄浩然。

2017年，与李溪芮、刘冬沁、崔绍涵合作主演青春悬疑偶像剧《东山晴后雪》，在剧中饰演为人义气且爱交朋友的酒吧老板兼调酒师风哥。

2019年1月17日，获得“花房之夜”年度最突破演员奖。2020年5月28日，由他作曲并与占逸君共同作词的 歌曲《告一段落》发布，该歌曲由白宇演唱；8月21日，其参演的战争电影《八佰》上映，在片中饰演88师524团一营一连基督士兵。