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”。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。