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