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；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，主演家庭剧《淘气包马小跳》，在剧中饰演调皮淘气但讲义气的马小跳 ，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” 。2012年12月，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 ；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，主演古装谋权剧《琅琊榜》，饰演飞流 ；同年，主演古装武侠剧《秦时明月》饰演子婴；10月，主演古装玄幻偶像剧《山海经之赤影传说》，饰演活泼调皮的石佩佩。2015年2月，主演古装网络剧《仙剑客栈》 ，饰演男一号李逍遥 ；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 ；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》，9月19日，与胡歌合作出演的古装剧《琅琊榜》播出，在剧中饰演心智不全、但武功高强、容貌俊美的少年飞流 ；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 ；12月，参与录制浙江卫视综艺《二十四小时》；12月28日，主演古装奇幻剧《奇星记之鲜衣怒马少年时》 。2016年1月11日，录制浙江卫视综艺《王牌对王牌》；3月，与张丰毅合作主演了古装神话片《大闹东海》 ；5月29日，主演青春励志剧《旋风少女2》，饰演胡亦枫 ；6月7日，参与《快乐大本营》（2016年6月18日播出）录制；6月15日参与录制《天天向上》；7月8日，主演的电影《阿修罗》开机，担任男一号 ；9月7日，主演的电影《极智追击：龙凤劫》开机；9月29日，吴磊代言网易《天下》手游 。