吴镇宇是于1986年凭演出《靓妹仔3之午夜丽人》而进入电影圈。在电影圈早期，吴镇宇几乎都只能出演一些小角色。1992年，饰演《绝代双骄》的头号反角江玉郎。1993年客串周星驰的《唐伯虎点秋香》中的四大才子之一文征明。1994-1995年，他与黄子华、李婉华合作，主演了舞台剧《撞板风流》。

1996年的客串《基佬四十》，饰演一个敏感、温雅、内秀的GAY。同年，吴

镇宇主演了查传谊导演的电影《旺角揸Fit人》。1996年，吴镇宇参演了由郑伊健、陈小春主演的《古惑仔之人在江湖》，他打破常规性的黑社会凶神恶煞的套演方式，把一个心理极度疯狂歇斯底里神经质的形象融合到这个反派身上。

1997年，出演《难兄难弟》，饰演老实、敦厚的谢源老实、敦厚。同年接连拍了《豪情盖天》、《97家有喜事》等电影。1997年先后与刘青云拍挡，主演了杜琪峰导演的《一个字头的诞生》以及电影《高度戒备》。并且《一个字头的诞生》这部电影，获得了1998年电影金紫荆奖最佳男配角奖。1998年与吴君如、方中信等合作电视剧《古惑仔》，饰演黑帮角色靓坤。1998年，他执导了自己的第一部作品《9413》。1999年，主演了叶伟信导演的《爆裂刑警》。同年，主演了杜琪峰导演的《枪火》。

2000年，凭借《公元2000》里一个出场了10分钟的在客串演员表的配角，他拿下了当年香港金像奖的最佳男配角奖和金紫荆奖最佳男配角奖。同年，继续跟叶伟信导演合作，和吴君如主演了《朱丽叶与梁山伯》。2001年在第七届香港电影评论学会大奖颁奖礼上获得最佳男演员奖。

2002年，吴镇宇凭借《朱丽叶与梁山伯》获第二十届香港电影金像奖最佳主角提名。2003年，重回无线，接拍了无线台庆剧《冲上云霄》。2003年，吴镇宇凭借《无间道Ⅱ》倪永孝的角色，被第二十三届香港电影金像奖最佳男主角提名。

2005年的《神经侠侣》里，吴镇宇饰演善良、固执但没有攻击性的精神病患者。2006年，主演电影《卧虎》，饰演一个个性冲动，嗜血残暴的黑道反派角色，并凭此角色获得第43届金马奖最佳

男主角提名。

2010年出演的电影《西风烈》中吴镇宇饰演杀手。2012年3月1日《疯狂的蠢贼》首映，吴镇宇亲赴北京四家影院宣传造势。2012年与周润发合作，出演《大上海》中茅载一角。

2013年，吴镇宇十年重返荧屏的电视剧《冲上云霄2》在香港开播以后，以全剧平均31点，大结局平均38点的收视率成为2013年度香港电视剧收视冠军。

2014年主演的电影《京城81号》中分饰两角，内地总票房超过4亿，并以平均每周1.3亿的成绩成为国内惊悚片票房冠军。同年，吴镇宇携子参加湖南卫视综艺节目《爸爸去哪儿2》。节目开播后，吴镇宇一直占据“人气爸排行榜”第一的位置。

2015年4月30日，参演的电影《爱我就陪我看电影》于4月30日上映。5月19日，主演的《土豪520》在京举办首映礼，电影于5月21日正式上映。