1910年1月徐深吉出生于湖北省黄安（今红安）紫云区河家村。家有一石多田地，生活尚可以自给自足，六七岁进私塾念书，断断续续读了十年。大革命运动兴起，又进了农民夜校学习。在夜校，他学到了不少革命道理，同时又把自己已有的文化教给穷弟兄们，深受大伙喜爱。

1927年，徐深吉加入农民义勇队参加了黄麻起义。1930年9月参加了红军，在红一军军部交通队当传令兵，1931年任班长，同年加入了中国共产党。 他自幼聪明，读书又用功，文化水平较高，字也写得好。参加红军后作战又勇敢，所以进步很快，1932年就当了营长。在5月间的苏家埠战役中，率营冲在全军 最前头，打乱了敌人的指挥部，俘敌皖西“剿共”总指挥第七师师长厉式鼎。11月升任二一八团团长。1933年，红四方面军整编，被总指挥徐向前要到总部当 参谋。出于开创川陕根据地的需要，徐深吉经过踏勘绘制了川陕8个县的地图。

1935年1月， 徐深吉任红四方面军红军大学军事主任，参加了长征。次年1月任三十一军九十一师师长，率两个团为后卫掩护全军再度北上。

1937年8月部队改编，徐深吉任八路军一二九师三八六旅七七一团团长，随师部进入晋东南，阻击日寇进攻太原。太原失守后，我师分兵开辟敌后抗日根据 地，他率一个营进到太谷县以南同浦线以东活动，参加了响堂铺、长乐村以及粉碎日寇晋东南九路大“扫荡”等战斗。1938年6月挺进冀南，任一二九师独立旅 旅长，不久任青年抗日游击纵队副司令员、代司令员兼政委。参加了粉碎日寇十一路冀南大“扫荡”、冀南反顽等战斗，打击日、伪、顽、土匪各股反动势力，发展 冀南根据地，扩充了部队。1940年6月，任新编第四旅旅长兼冀南军区第二分区司令员，指挥所部进行直南反顽作战。

1943年1月，徐深吉调中国人民抗日军政大学第六分校任校长。任校长期间，还担负东集团指挥，参加了林(县)南战役，歼日伪军2000余人。战后，带领七七一团返回延安。翌年参加了中国共产党第七次全国代表大会。

解放战争时期，徐深吉任晋冀豫军区军政大学副校长兼冀南军区司令员。

中华人民共和国成立后，徐深吉历任华北军区副参谋长、中国人民解放军空军副司令员、北京军区副司令员。

1955年徐深吉被授予中将军衔，荣获一级八一勋章、一级解放勋章。1988年获一级红星功勋荣誉章。徐深吉是中国人民政治协商会议第五届全国委员会常务委员，中国共产党第七、八次全国代表大会代表，在党的十一届三中全会上当选为中央纪律检查委员会委员。

2000年8月8日，徐深吉在北京病逝，享年91岁。