徐绍桢从小刻苦读书，广泛涉猎中学、西学，尤好军事。1880年，不到20岁的他便赴广西怀远县任职。

　　光绪二十年（1894年），徐绍桢甲午科广东乡试中举人，后提为广西藩署幕僚，江西常备军统领，福建武备学堂总办，之后官途一帆风顺。1902年，清政府派徐绍桢前往日本考察军事。两年后，受李兴锐提拔，被任命为两江总督衙门兵备处总办，负责编练新军。1905年，新军第九镇成立，徐绍桢为第九镇统制。他重视新军官兵的思想文化教育，力求打造一支文武兼备的军队。1907年，任新建陆军第九镇统制，驻军江宁城关。奏请创建征兵制，吸收知识青年加入新军。在这种风气下，新军官兵柏文蔚、赵声、熊成基、倪映典等先后成为革命党人，新军第九镇的革命势力很快发展起来。

　　清廷政治的黑暗，官员的昏聩，早已令民族感极强的徐绍桢十分不满。时任两江总督的端方有所觉察，对徐和他的新军第九镇多有疑忌，后接任两江总督的张人骏对其态度更是变本加厉，徐绍桢一直不敢轻举妄动。

　　1911年10月10日武昌起义爆发后，周边省份纷纷独立，但南京仍被清廷牢牢控制。1911年11月4日徐绍桢毅然率军起义，投向革命，后起义失败，徐绍桢退往镇江。

　　1911年11月13日，徐绍桢与上海都督陈其美、江苏都督程德全、浙江都督汤寿潜共同组织联军1万多人，推徐绍桢为总指挥，决定共同攻打南京。此时，汉口、汉阳已被袁世凯北洋军攻占，革命形势一度动荡，能否击溃南京城内2万清军，占领南京，不仅关系着江苏战局的发展，而且关系着革命形势的整体走向。

　　11月24日，徐绍桢率军攻城，12月2日成功攻克南京。12月2日下午，联军总司令徐绍桢率本部人员入城，亦进驻总督署。 [3]  这一胜利极大鼓舞了革命军士气，巩固了长江以南的革命地区，扭转了先前的不利情势。南京之战结束，南北对峙之局形成。孙中山盛赞徐绍桢，称他是中华民国开国元勋之一。

　　1912年元旦，中华民国成立，孙中山任命徐绍桢为南京卫戍总督，并以八厘公债（共100万元）奖励徐绍桢。徐绍桢以1万元为女子北伐结束费，1.4万元为《民立报》补助费，其余一概交还，坚决不受。他还将南京的住宅献给国家，以清廉自勉。

　　辛亥革命后

　　历任南京卫戍总督、孙中山广东军政府广州卫戍总司令、总统府参军长、广东省长、内政部长。

　　南北和谈后，袁世凯窃得革命果实，对徐绍桢多方拉拢，徐绍桢始终不为所动。后来，袁世凯称帝阴谋暴露，徐绍桢辞职以示抗议，袁世凯竟派刺客前去行刺。徐绍桢被迫流亡日本，直至袁世凯病死才回国。

　　1917年7月，孙中山发动护法运动，徐绍桢应孙之请南下，任广州卫戍总司令兼陆军部练兵处督办。

　　1920年，孙中山任命徐绍桢为两广各路招讨军总司令，7月徐绍桢率千余“救国军”攻打广州，掀起讨桂序幕，后与粤军协力将桂系军阀赶出广州。1921年，孙中山就任非常大总统，徐绍桢为总统府参军长。

　　1922年，陈炯明叛乱后，孙中山任徐绍桢为广东省长。1923年5月，又调任大本营内政部长。

　　1925年孙中山逝世后，徐绍桢因病隐居上海，再不问政事。

　　1932年复任挂名国民政府委员。

　　1936年9月13日病逝于上海。葬南京麒麟门外小白龙山，即当年光复南京时，江浙联军总司令部所在地。