一九七零年八月，徐涛在湖北宜昌出生。一九八八年，他考入华中理工大学（即现在的华中科技大学），就读于生物医学工程专业，并于一九九二年取得学士学位，随后在一九九六年获得博士学位。早在一九九五年，徐涛便受到邀请，前往德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所开展科研工作，在导师、一九九一年诺贝尔生理学或医学奖获得者厄温·内尔教授的悉心指导下，他顺利完成了自己的博士论文。一九九六年至一九九年间，徐涛继续在该研究所从事博士后研究。一九九九年，他远赴美国，在华盛顿大学生理与生物物理系担任高级研究员，期间师从美国科学院院士伯特尔·希勒教授；同年十月十一日，徐涛收到了来自母校华中科技大学的诚挚邀请信，经过深思熟虑，他决定回国效力。二零零零年六月，徐涛自美国返回中国，出任华中科技大学生命科学与技术学院生物物理与生物化学研究所所长；同年，他成功获得国家杰出青年科学基金的资助；也在同一年，他开始担任华中科技大学生命科学学院副院长，这一职务一直持续到二零零三年。二零零三年，徐涛先后入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选以及中国科学院“百人计划”，随后进入中国科学院生物物理研究所工作，并同时兼任该所副所长（至二零零七年）以及生物大分子国家实验室副主任。二零零四年九月，他作为首席科学家牵头承担了科技部九七三计划项目“生物膜和膜蛋白的结构与功能研究”，该项目总经费高达两千五百万元。二零零七年，徐涛被任命为中国科学院生物物理研究所所长，并同时担任生物大分子国家重点实验室主任；同年，他也开始在中国科学院大学担任教授职务。二零零九年九月，中国科学院北京生命科学研究院成立了生命科学仪器与技术创新中心，徐涛出任该中心主任。二零一三年，他成功入选国家高层次人才特殊支持计划（即“万人计划”）的科技创新领军人才行列。二零一七年十一月，徐涛当选为中国科学院院士。二零一八年十一月，他又当选为发展中国家科学院院士。二零一九年十一月，徐涛开始担任广州再生医学与健康广东省实验室主任。二零二二年四月二十日，广州医科大学生物医学工程学院正式揭牌成立，徐涛教授受聘担任学院院长。同年，他还担任了中国农工民主党第十七届中央委员会副主席，并兼任广州实验室副主任一职。
徐涛领导的课题组一方面聚焦于囊泡的锚定、启动、融合过程中的关键调控蛋白和调控机制，特别是致密核心大囊泡和GLUT4储存囊泡，找出囊泡分泌的共性和不同之处。另一方面，结合光谱显微学、电子显微学、蛋白质设计和工程技术以及新的超分辨成像工具等生物物理学手段，为生命科学的发展提供新的方法和技术手段。主要取得了以下科研成果：1、在细胞分泌的前沿领域开展了系统的工作，取得了突出的成绩。发现了囊泡分泌的新的分子机制；发展了新的研究细胞分泌的模式系统，为系统发现相关的新分子和新机制奠定了基础。2、 为细胞生物物理研究的方法学创新作出了贡献，其发展的技术方法得到国际同行的重视和广泛应用。率先进行了GLUT4囊泡在活细胞中的实时动态跟踪并发展了分析方法；建立了单分子荧光成像手段，解决了CRAC通道如何在细胞膜上装配的这一前沿科学问题，该论文被Nature Review Molecule Cell Biology 撰文评述，并被Faculty of 1000推荐为“Must Read” ，两月后，Nature上发表了同样结论的工作；发展了一系列具有不同应用价值的新型光开关绿色荧光蛋白，命名为mGeos；发展了新型的用于超分辨单分子成像的探针。3、将细胞分泌活动的基础研究与生理病理研究结合在一起，发现胰岛素分泌的钙离子敏感性可受调控； Munc13-1蛋白参与调控胰岛素第二相分泌；揭示了胰腺Beta细胞和脂肪细胞中参与血糖调控的关键步骤及其分子机制，为深入理解糖尿病的发生发展机理提供了基础。截至2017年12月，徐涛先后在Cell、 Cell Metabolism、Nature、Cell Biology、Nature Methods、Nature Communications、Neuron、J. Cell Biology、PNAS等杂志上发表多篇有影响的研究论文。截至2017年12月，徐涛相继承担了国家杰出青年基金、国家自然基金委重点项目以及科技部“973”等多项项目。
徐涛曾明确指出：“我们的教育目标，是培养具备深厚情怀的科学家，而非仅仅追求个人利益的精致利己主义者。倘若教育过程无法让学生真切体会到幸福与意义，那么其存在的价值便值得商榷。”自2014年起，徐涛担任中国科学院大学首届本科生1408班的班主任，他对本科生的关怀与投入甚至超过了对硕士和博士研究生的关注。他不仅向学生开放自己的实验室，鼓励他们积极参与实践体验，还常常自费邀请学生聚餐，组织他们参与真人CS等团队活动，通过多种生动而亲切的方式，努力激发学生们对科研事业的真正热爱。他为本科生亲自讲授的《生命科学导论》与《普通生物学实验》两门课程，尽管配备了专门的教师助教，他依然坚持亲自为学生答疑解惑，并认真查阅每一份学生作业，给予细致反馈。早在2013年，在徐涛的积极推动与协调下，华中科技大学与中国科学院生物物理研究所共同创办了贝时璋菁英班，该班旨在汇聚高校与科研院所的一流教育和科研资源，为优秀本科生提供高层次的成长平台，致力于培养拥有国际视野、未来能在生命科学领域担当领军角色的杰出人才。此外，由于在指导学生方面的突出贡献，徐涛于2012年荣获了中国科学院优秀导师奖。
徐涛教授在其科研生涯中于多个关键领域取得了令人瞩目的成就，尤其在囊泡分泌过程的精细调控机制方面进行了深入探索。他对GLUT4储存囊泡的细胞内转运途径及其复杂的调控网络进行了系统性阐明，同时在钙释放激活钙离子通道（CRAC）的激活原理与分子组成结构研究上做出了重要贡献。此外，徐涛还积极推动并应用超高分辨率显微成像等先进技术，为观察生命活动提供了更清晰的视野。在细胞与分子层面上，他系统地研究了神经细胞及内分泌细胞内信号转导的途径与囊泡分泌的底层分子逻辑，这些工作在生命科学的前沿阵地均属于具有显著创新性的重要突破。