2002年，3歲的吳磊獲邀接演了第一個廣告《黃金搭檔》，在短短兩年內，吳磊接連演出多達50余部廣告，從而啟發吳磊的表演天份。2005年3月參演電視劇《少年楊家將》，飾演小楊六郎；12月，參演電視劇《封神榜之鳳鳴岐山》飾演“小哪吒”。2006年9月參演電視劇《魔劍生死棋》，飾演官云寶。2007年10月參演電視劇《順娘》，飾演金水。2008年參演電視劇《深宅》，飾演喬偉 ?。

　　2009年，獲導演尚敬賞識，提拔出演《家有》系列年度喜劇大作《家有外星人》主角角色，飾演唐不苦，該劇在暑假期間首輪登陸多家衛視頻道 ?；同年參演苦情劇《娘妻》，飾演童年高耀宗 ?；參演電視劇《誰知女人心》，飾演喜兒 ?；主演電影《川川和洋洋》，飾演洋洋 ?。

　　2010年，主演電視劇版的《淘氣包馬小跳》，飾演馬小跳 ?，該劇在第28屆中國電視劇飛天獎榮獲少兒電視劇二等獎 ?；同年參演網絡劇《烏托邦辦公室》，飾演小木星 ?。

　　2011年，參演陳朱煌導演的電視劇《團圓》 ?，飾演童年劉士文 ?；同年5月主演電視劇《自古英雄出少年》，飾演“大丈夫“邵揚” ?。

　　2012年，主演電視劇《我的媽媽是天使》，飾演智障兒姜小強 ?；參演電視劇《說好不流淚》，飾演冷天佑；在陳朱煌導演電視劇《娘心》中，分飾兩角，分別扮演少年王天成和王明輝（王天成和彩霞的兒子） ?。

　　2013年3月參演電視劇《紅轎子》，飾演少年車文軒；同年6月參演電視劇《遠得要命的愛情》，飾演孟響 ?；8月參演于正版的《神雕俠侶》，飾演小楊過 ?；9月參演電視劇《蓬萊八仙》，飾演少年曹國舅 ?。

　　2014年2月主演電視劇《瑯琊榜》，飾演飛流 ?；同年參演電視劇《秦時明月》飾演子嬰；10月參演神話劇《山海經之赤影傳說》，飾演石佩佩。

　　2015年2月，參演網絡劇《仙劍客棧》 ?，飾演男一號李逍遙 ?；同年4月錄制湖南衛視《好好學吧》（周日至周四19:30播出 ?）擔任守擂隊長；6月1日參與《快樂大本營》18周年（2015年7月18日播出 ?）錄制；6月27日參與錄制《我們都愛笑》 ?；7月4日錄制《優酷全明星》 ?；7月7日，主演周播劇《旋風少女》 ?首播，飾演胡亦楓；8月19日，再次參加《快樂大本營》節目錄制 ?；8月25日，吳磊代言仙劍20周年《仙劍客棧》同名手游，該游戲9月1日正式開啟不刪檔內測 ? ?；8月30日，錄制愛奇藝節目《大牌對王牌》，9月19日，與胡歌合作出演的古裝傳奇劇《瑯琊榜》播出，飾演梅長蘇的侍衛飛流 ?；9月20日，主演的中國和好萊塢合拍的3D電影《奇跡：追逐彩虹》正式開機 ?；12月28日主演電視劇《奇星記之鮮衣怒馬少年時》 ?。

　　2016年，與張豐毅合作主演電影《大鬧東海》 ?。