2002年，3岁的吴磊获邀接演了第一个广告《黄金搭档》，在短短两年内，吴磊接连演出多达50余部广告，从而启发吴磊的表演天份。

2005年3月参演电视剧《少年杨家将》，饰演小杨六郎；同年12月参演电视剧《封神榜之凤鸣岐山》饰演“小哪吒”。2006年9月参演电视剧《魔剑生死棋》，饰演官云宝。2007年10月参演电视剧《顺娘》，饰演金水。2008年参演电视剧《深宅》，饰演乔伟。

2009年，获导演尚敬赏识，提拔出演《家有》系列年度喜剧大作《家有外星人》主角角色，饰演唐不苦，该剧在暑假期间首轮登陆多家卫视频道；同年参演苦情剧《娘妻》，饰演童年高耀宗；参演电视剧《谁知女人心》，饰演喜儿；主演电影《川川和洋洋》，饰演洋洋。

2010年，主演电视剧版的《淘气包马小跳》，饰演马小跳，该剧在第28届中国电视剧飞天奖荣获少儿电视剧二等奖；同年参演网络剧《乌托邦办公室》，饰演小木星。

2011年，参演陈朱煌导演的电视剧《团圆》，饰演童年刘士文；同年5月主演电视剧《自古英雄出少年》，饰演“大丈夫“邵扬”。《娘心》饰演少年王天成、王明辉

2012年，主演电视剧《我的妈妈是天使》，饰演智障儿姜小强；参演电视剧《说好不流泪》，饰演冷天佑；在陈朱煌导演电视剧《娘心》中，分饰两角，分别扮演少年王天成和王明辉（王天成和彩霞的儿子）。

2013年3月参演电视剧《红轿子》，饰演少年车文轩；同年6月参演电视剧《远得要命的爱情》，饰演孟响；8月参演于正版的《神雕侠侣》，饰演小杨过；9月参演电视剧《蓬莱八仙》，饰演少年曹国舅。

2014年2月主演电视剧《琅琊榜》，饰演飞流；同年参演电视剧《秦时明月》饰演子婴；10月参演神话剧《山海经之赤影传说》，饰演石佩佩。

2015年2月参演网络剧《仙剑客栈》，饰演男一号李逍遥；同年4月录制湖南卫视《好好学吧》（周日至周四19:30播出）担任守擂队长；6月1日参与《快乐大本营》18周年（2015年7月18日播出）录制；6月27日参与录制《我们都爱笑》；7月4日录制《优酷全明星》；7月7日，主演周播剧《旋风少女》首播，饰演胡亦枫；8月19日，再次参加《快乐大本营》节目录制（2015年9月6日播出）；8月25日，吴磊代言仙剑20周年《仙剑客栈》同名手游，该游戏9月1日正式开启不删档内测；8月30日，录制爱奇艺节目《大牌对王牌》，（2015年10月16日播出）9月19日，与胡歌合作出演的古装传奇剧《琅琊榜》播出，饰演梅长苏的侍卫飞流；9月20日，主演的中国和好莱坞合拍的3D电影《奇迹：追逐彩虹》正式开机。

《琅琊榜》饰演飞流，2015年9月19日首播