2005年，电视剧《封神榜之凤鸣岐山》剧组到一所艺校挑选小演员，一个不到6岁的小男孩主动举起手说“我叫吴磊，我演过很多戏了”，这个大胆毛遂自荐的举动，让他成功获得了“小哪吒”的角色。镜头前的他带着婴儿肥，却透着一股机灵劲儿，谁也没想到，这个稚气未脱的小童星，从此开启了一条长达二十年的演艺之路。

《封神榜》之后，吴磊的身影开始活跃在各大剧组。他接连在《少年杨家将》里饰演小杨六郎，在《魔剑生死棋》里饰演官云宝，在《顺娘》里饰演金水。那段时间，他带着好奇心辗转于不同的片场和镜头之间，积累了最初的表演经验。

真正让吴磊被广大观众记住的，是2009年的情景喜剧《家有外星人》。他饰演的“唐不苦”古灵精怪，让人印象深刻。紧接着，2009年他主演的家庭剧《淘气包马小跳》播出，他饰演的调皮又讲义气的马小跳不仅鲜活生动，这部剧更获得了第28届中国电视剧飞天奖少儿电视剧二等奖。之后的几年，他陆续在《自古英雄出少年》中饰演邵阳，在与正版《神雕侠侣》中饰演小杨过，人气逐步上升，开始被观众称作“正能量少年偶像”。

2015年，对吴磊来说是一个至关重要的年份。他迎来了职业生涯中的第一个高光角色——在古装权谋剧《琅琊榜》中饰演梅长苏的贴身侍卫飞流。这个角色沉默寡言却武功高强，对梅长苏忠心不二，吴磊用眼神和动作将飞流的纯粹与执着刻画得入木三分。这部剧的热播让他人气大涨，并凭借此角色获得了2015国剧盛典最具潜质演员奖，其独树一帜的风格被观众称赞为“少年戏骨”。同年，他还主演了网络剧《仙剑客栈》，饰演男一号李逍遥，并在青春励志剧《旋风少女》中饰演胡亦枫，展现出不俗的潜力。

2017年，吴磊主演的古装奇幻剧《奇星记之鲜衣怒马少年时》播出，这部剧是他第一部真正挑起男主大梁的剧，标志着他开始努力褪去童星标签。2018年，他迎来了大银幕上的重要尝试，在奇幻电影《阿修罗》中一人分饰两角，扮演人界牧羊少年如意和阿修罗王的洞察之头。同年，他在现代探险剧《沙海》中饰演命运多舛的高考生黎簇，剧中他用一场层次分明的哭戏，精准传达了角色从震惊、疑惑到极度恐惧的情感变化，展现出超越年龄的演技深度。此外，他主演的古装武侠剧《斗破苍穹》播出，在剧中饰演不断成长的萧炎一角，以及在张艺谋导演的电影《影》中饰演少年武将杨平，进一步磨练了他的演技。

2019年，吴磊首次登上中央电视台春节联欢晚会舞台，与众多艺人一同演唱歌曲《我们都是追梦人》。同年年底，他主演的电影《宠爱》上映，在片中饰演失明但乐观的陈乐云。

2020年，吴磊再次登上春晚舞台，这次是表演小品《风雪饺子情》。同年播出的青春热血励志剧《穿越火线》中，他饰演坚韧不拔的轮椅电竞选手路小北，其表演获得了观众认可。

2021年可谓是吴磊的“霸屏年”。3月，其主演的古装剧《长歌行》播出，他成功塑造了杀伐果敢又极具少年英气的草原特勤阿诗勒隼，其硬朗的荧幕形象给人留下深刻印象。7月，他与张子枫主演的青春电影《盛夏未来》上映，在片中饰演拥有自由灵魂的少年郑宇星。9月，主演的青春励志年代剧《启航：当风起时》播出，他化身成为燕京大学计算机研究所的“愣头青”萧闯，演绎了在改革开放大潮下的创业故事。国庆档，他在电影《我和我的父辈》之《乘风》单元中，与吴京演绎父子情，为了演好青年战士马乘风这一角色，他提前刻苦练习骑马，展现了作为演员的韧性。

2022年，吴磊与赵露思主演的古装家族群像剧《星汉灿烂·月升沧海》播出，他饰演身负血海深仇的少年将军凌不疑，复杂隐忍的角色内心被他精准把握，并凭借这一角色获得2022年中美电视节年度优秀青年演员奖。这一年，他再次登上春晚舞台，合唱开场《欢乐吉祥年》。

2023年3月，吴磊与周雨彤领衔主演的都市情感剧《爱情而已》播出，他在剧中饰演从羽毛球运动员转型为网球运动员的宋三川，自然贴切的表演将运动员的热血与迷茫展现得淋漓尽致，收获了广泛好评。同年，他还主演了剧情电影《不虚此行》，在片中饰演小尹一角。

2024年初，其主演的都市情感剧《在暴雪时分》播出，他化身成为天才斯诺克球手林亦扬。同年，他还主演了反传销题材电影《草木人间》，在影片中饰演何目莲，展现了他在题材选择上的多样化。此外，他还特别出演了电影《爆款好人》。

根据公开信息，在2025年，吴磊有主演的电影《东极岛》上映，并参加了《2025年中央广播电视总台春节联欢晚会》，表演歌曲《过年好》。