1910年1月徐深吉出生於湖北省黃安(今紅安)紫雲區河家村。家有一石多田地,生活尚可以自給自足,六七歲進私塾念書,斷斷續續讀了十年。大革命運動興起,又進了農民夜校學習。在夜校,他學到了不少革命道理,同時又把自己已有的文化教給窮弟兄們,深受大夥喜愛。
1927年,徐深吉加入農民義勇隊參加了黃麻起義。1930年9月參加了紅軍,在紅一軍軍部交通隊當傳令兵,1931年任班長,同年加入了中國共產黨。 他自幼聰明,讀書又用功,文化水平較高,字也寫得好。參加紅軍後作戰又勇敢,所以進步很快,1932年就當了營長。在5月間的蘇家埠戰役中,率營衝在全軍 最前頭,打亂了敵人的指揮部,俘敵皖西“剿共”總指揮第七師師長厲式鼎。11月升任二一八團團長。1933年,紅四方麵軍整編,被總指揮徐向前要到總部當 參謀。出於開創川陝根據地的需要,徐深吉經過踏勘繪製了川陝8個縣的地圖。
1935年1月, 徐深吉任紅四方麵軍紅軍大學軍事主任,參加了長征。次年1月任三十一軍九十一師師長,率兩個團為後衛掩護全軍再度北上。
1937年8月部隊改編,徐深吉任八路軍一二九師三八六旅七七一團團長,隨師部進入晉東南,阻擊日寇進攻太原。太原失守後,我師分兵開辟敵後抗日根據 地,他率一個營進到太穀縣以南同浦線以東活動,參加了響堂鋪、長樂村以及粉碎日寇晉東南九路大“掃蕩”等戰鬥。1938年6月挺進冀南,任一二九師獨立旅 旅長,不久任青年抗日遊擊縱隊副司令員、代司令員兼政委。參加了粉碎日寇十一路冀南大“掃蕩”、冀南反頑等戰鬥,打擊日、偽、頑、土匪各股反動勢力,發展 冀南根據地,擴充了部隊。1940年6月,任新編第四旅旅長兼冀南軍區第二分區司令員,指揮所部進行直南反頑作戰。
1943年1月,徐深吉調中國人民抗日軍政大學第六分校任校長。任校長期間,還擔負東集團指揮,參加了林(縣)南戰役,殲日偽軍2000餘人。戰後,帶領七七一團返回延安。翌年參加了中國共產黨第七次全國代表大會。
解放戰爭時期,徐深吉任晉冀豫軍區軍政大學副校長兼冀南軍區司令員。
中華人民共和國成立後,徐深吉曆任華北軍區副參謀長、中國人民解放軍空軍副司令員、北京軍區副司令員。
1955年徐深吉被授予中將軍銜,榮獲一級八一勳章、一級解放勳章。1988年獲一級紅星功勳榮譽章。徐深吉是中國人民政治協商會議第五屆全國委員會常務委員,中國共產黨第七、八次全國代表大會代表,在黨的十一屆三中全會上當選為中央紀律檢查委員會委員。
2000年8月8日,徐深吉在北京病逝,享年91歲。