徐福的事蹟，最早見於《史記》的「秦始皇本紀」和「淮南衡山列傳」（在秦始皇本紀中稱「徐巿」，在淮南衡山列傳中稱「徐福」）。據《史記》「秦始皇本紀」記載，秦始皇希望長生不老。秦始皇二十八年（前219年），徐氏上書說海中有蓬萊、方丈、瀛洲三座仙山，有神仙居住。於是秦始皇派徐巿率領童男童女數千人、以及已經預備的三年糧食、衣履、藥品和耕具入海求仙，耗資巨大。但徐巿率眾出海數年，並未找到神山。秦始皇三十七年（前210年），秦始皇東巡至琅琊，徐巿推託說出海後碰到巨大的鮫魚阻礙，無法遠航，要求增派射手對付鮫魚。秦始皇應允，派遣射手射殺了一頭大魚。後徐福再度率眾出海。
《史記》中記錄徐福東渡之事比較多內容的是「淮南衡山列傳」，其中包括徐福從東南到蓬萊，與海神的對話以及海神索要童男童女作為禮物等事，一般認為這是徐福對秦始皇編造的托辭，還記載了徐福再度出海攜帶了穀種，並有百工隨行。這次出海後，徐福來到「平原廣澤」，他感到當地氣候溫暖、風光明媚、人民友善，便「止王不來」，停下來自立為王，教當地人農耕、捕魚、捕鯨和瀝紙的方法，不回來了。「淮南衡山列傳」與「秦始皇本紀」稍有不同，稱徐福並未開始就帶數千童男童女入海，而是尋訪仙家多年未果的情況下，再度出海時率數千童男女出海。
關於徐福所要尋訪的蓬萊、方丈、瀛洲三座仙山，《史記》「封禪書」只是說在渤海中，即海州灣以北的海，並不能確定具體位置。而平原廣澤在何處，更是不能考證。
日本人認為徐福在日本的紀州熊野的新宮（今和歌山縣新宮市）登陸，目前當地還有徐福墓和徐福神社，每年11月28日是祭祀徐福的日子。在日本徐福的傳說中，日本人認為徐福帶來了童男童女、百工、榖種、農具、藥物及捕鯨技術和醫術，對日本發展起了重要作用，因此尊徐福為「司農耕神」和「司藥神」。和歌山有一熊野速玉大社與徐福有關。佐賀也有一座金立神社以他為主神。
中華民國南京古物保存所、前暨南大學及輔仁大學教授衛聚賢認為徐福去了美洲，他在《中國人發現美洲》考證：「美洲特產四十多種動植物礦產為先秦人民所知」。[6] 衛聚賢研究吳人《外國圖》「亶洲去琅琊萬里」，得出亶洲是美洲而不是日本，他還提到現在美國檀香山還有中國篆書刻字的方形岩石，舊金山還有中國篆文的古箭。
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