徐阶嘉靖二年以探花及第，授翰林院编修。后因忤张孚敬，被斥为延平府推官，受此挫折，从此谨事上官。后又进礼部尚书，兼文渊阁大学士，参与朝廷机要大事。徐阶曾密疏揭发咸宁侯仇鸾的罪行，且擅写青词为嘉靖帝所信任。和严嵩一起在朝十多年，谨慎以待;又善于迎合帝意，故能久安于位。嘉靖四十一年，得知嘉靖帝对严嵩父子的不法行为已有所闻，于是就命御史邹应龙参劾，终于使严嵩罢官，其子严世蕃谪戍。徐阶则取代严嵩而为首辅。累官至少师兼太子太师、吏部尚书、建极殿大学士。明穆宗时致仕归家。
嘉靖帝认为徐阶为官勤勉，又擅长写青词，于是召值无逸殿，与大学士张治、李本一起赏赐飞鱼服及上方珍馔、上尊无虚日。众官推荐徐阶担任吏部尚书，嘉靖帝希望他留在身边而拒绝了，加太子太保。
当时严嵩专权，徐阶起初不肯依附严嵩。于是严嵩经常在皇帝面前说他的坏话。徐阶的处境一度十分危险，这使他认识到不能以卵击石，于是他改变策略，事事顺着严嵩，从不与他争执。
为了得到他的信任，还把自己的孙女嫁给严嵩的孙子，表面上十分恭顺。严嵩的儿子严世蕃十分霸道，多次对他无礼，他也忍气吞声。同时，徐阶向嘉靖帝靠拢，专门挑皇帝喜欢的话说，终于讨得嘉靖帝的喜欢，不久，加徐阶少保头衔，接着兼任文渊阁大学士，进入内阁，参预机务。
后来他密奏咸宁侯仇鸾罪状，使嘉靖帝杀掉仇鸾，得到皇上的信任，加太子太师头衔，地位进一步提高，仅次于严嵩。后来嘉靖帝居住的永寿宫发生火灾，暂时住到了玉熙殿，但是这里地方太小，于是嘉靖想营建新宫殿。他问严嵩，严嵩请求他回到大内住，嘉靖帝很不乐意。然后问徐阶，徐阶猜透了嘉靖的心思，于是建议用被烧毁宫殿的剩余材料，营建新的宫殿，他的建议得到嘉靖帝的赞同。后来由他主持建造成万寿宫，嘉靖搬了进去。徐阶因此加封少师，兼支尚书俸，而严嵩渐渐被皇帝冷落。
一年(1562年)，邹应龙告发严嵩父子，皇帝下令逮捕严世蕃，勒令严嵩退休，徐阶则取代严嵩为首辅。
严嵩被勒令退休后，徐阶亲自到严嵩家去安慰。他的行为使严嵩十分感动，甚至叩头致谢。严世蕃也乞求徐阶替他们在皇上面前说情，徐阶满口答应。徐阶回到家里后，他的儿子徐番迷惑不解地问:"你受了严家父子那么多年的气，现在总算到了出气的时候了，你怎么这样对待他们?"
徐佯装生气骂徐番说:"没有严家就没有我的今天，现在严家有难，我恩将仇报，会被人耻笑的。"
严嵩派人探听到这一情况，信以为真，严世蕃也说:"徐老对我们没有坏心。"其实，徐阶这样做是因为他看出皇上对严嵩还存有眷恋，而皇上又是个反复无常的人，严嵩的爪牙还在四处活动，时机还不成熟。
后来，嘉靖帝果然后悔，想重新召回严嵩，在徐阶的力劝下，才打消了这个念头。
嘉靖四十一年(1562年)，徐阶继任首辅之后，大力革除严嵩弊政，十分注重选拔，他先后举荐高拱、张居正等人进入内阁。他十分爱惜人才，大力营救因上疏指责皇帝过失而被定死罪的户部主事海瑞。他还十分勤政，凡是皇上交给的任务，即使一夜不睡，也要准时完成，因此他更得嘉靖的赏识。同时，他还经常劝说皇帝停止动辄捕杀边镇大臣的做法，缇骑因此省减，诏狱渐少。后来因为指挥明军抵挡蒙古骑兵南下有功，升为建极殿大学士。
嘉靖帝朱厚熜死后，徐阶起草遗诏，将大礼议中因反对嘉靖帝而获罪的大臣全部平反，存者招用，死者优恤。诏书颁布的那天，许多大臣感激涕零。徐阶执政期间，还减轻百姓负担，清理盐税。景王死后，他上奏将景王霸占的陂田数万顷给了百姓，使老百姓欢欣鼓舞、奔走相告。他还废除朝中的许多浪费项目，尤其是皇帝信奉道教的开支。他的做法，得到朝中上下的拥护，人们称他为"名相"。
由于穆宗隆庆皇帝朱载垕行为荒诞不经，徐阶经常劝阻他，穆宗十分厌烦。徐阶很失望，于是上疏请求退休。正好给事中张齐因为私人恩怨弹劾他。于是穆宗乘机允许他退休回家。
徐阶退休回家后，自己的子弟横行乡里，大量购置田产，徐家占地多达二十四万亩，加上他的子弟、家奴为非作歹，致使告他的状纸堆积如山。徐阶用三万两黄金贿赂给事戴凤翔，又通过张居正命令给事陈三谟罢免了海瑞和蔡国熙，不过最终还是落得家破人亡。所以当时人称他为"权奸"。
不过，徐阶的历史功绩也不能随意抹去。一是借机命御史参劾，终使严嵩罢官，其子严世蕃谪戍。二是在任首辅期间，慧眼识珠，一眼相中张居正并提拔次辅，将来再次挽救大明王朝。
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