1992年，徐红星从北京大学技术物理系毕业；

1996年，前往瑞典留学及工作，先后获得瑞典查尔姆斯理工大学硕士、博士学位；

2002年，博士毕业后在瑞典隆德大学物理系任助理教授；

2005年，入选中国科学院百人计划，并回国担任中国科学院物理研究所研究员；

2006年，获得国家杰出青年科学基金支持；2009年至2014年担任中国科学院纳米物理与器件重点实验室主任；

2011年，加入中国共产党；

2012年，进入武汉大学物理科学与技术学院工作，担任教授、纳米科学与技术中心主任；

2016年，入选万人计划科技创新领军人才；

2017年，当选中国科学院院士；

2018年, 当选为发展中国家科学院院士。

长期从事等离激元光子学、纳米光学、单分子光谱和纳米光芯片等前沿领域的研究，做出了开创性和系统性的工作。他在实验上发现成对金属纳米颗粒在光场作用下能够在其纳米间隙中产生巨大的电磁场增强效应，是单分子表面增强拉曼光谱的原因，也是其它基于纳米间隙效应研究的物理基础；他系统研究了单分子表面增强拉曼光谱的产生条件，解析了其主要机理；他推动多个相关重要研究方向的发展：提出了等离激元光学力和单分子捕获、表面增强拉曼与表面增强荧光统一的理论，发现表面增强光谱的纳米天线效应，研发了高真空针尖增强拉曼光谱系统，实现等离激元催化反应。

他系统研究了等离激元在纳米波导中的传播，发现等离激元在光的驱动下呈现出克服光衍射极限的传播模式，不同模式的干涉在纳米线上形成可调控的光学拍，这一发现是实现纳米尺度上光传播及其调控的物理基础；发现纳米波导等离激元的激发、传播、发射、与激子相互作用的物理机理和调控机制；在纳米波导网络中实现光子路由器、完备的光逻辑、半加器和光逻辑的级联。这些工作使光学器件小型化和高密度集成成为可能，是研究等离激元纳米光芯片的重要基础。

在国际著名科学杂志发表论文180余篇，被SCI杂志引用12000余次，单篇引用超过100次的33篇，h因子54。其中关于单分子表面增强拉曼光谱的研究有两篇论文分别被引用1660余次（Physical Review Letters 1999, 83, 4357）和1190余次（Physical Review E 2000, 62, 4318，被选为该杂志创刊以来的里程碑论文）。他已作国际会议邀请报告60余次；作为会议主席组织了十余次著名国际学术会议；任Nanoscale副主编，曾任Optics Express副主编；2014-2016年连续入选Elsevier发布的中国高被引学者榜；受邀出版专著Nanophotonics: Manipulating Light with Plasmons。