2000年，大學(xué)時期的吳中天參加了MTV臺VJ的選拔，以主持MTV臺《卡拉卡拉榜》節(jié)目開始演藝工作。擔任蔡淳佳《有心人有情人》MV的男主角。

2003年，與安以軒主演愛情劇《藍星》。

2004年，在鄭元暢、夏于喬、錢韋杉主演的言情偶像劇《愛情魔戒》中飾演杜競遠。

2006年，在張韶涵、沈時華主演的校園偶像劇《愛殺17》中飾演前任高校老師楊仁佑。在天心、王道、唐治平主演的偶像劇《假面天使》中飾演何子謙。在賀軍翔、楊丞琳主演的青春偶像劇《惡魔在身邊》中飾演田思慎。

2007年，出演周渝民、侯佩岑主演的偶像劇《美味關(guān)系》。首次出演電影《指尖的重量》，并以此片提名第43屆臺灣電影金馬獎最佳新演員、男配角，以及新加坡影展新演員獎提名。

2008年，與吳克群主演臺灣和泰國合拍的驚悚電影《絕魂印》飾演史丹利醫(yī)生。與朱芷瑩主演電影《這兒是香格里拉》�？痛�任達華、張孝全主演的電影《彈道》飾演龐大松。

2009年，參拍林佑威、戴君竹、張晨光主演的年代愛情劇《家書-我在1949，等你》 。出演愛情電影《星月無盡》誓言蔡繼浯。

2010年，與陳靖婕主演的情感劇《牽紙鷂的手》，憑借該劇獲得第45屆臺灣電視金鐘獎戲劇男主角獎提名。參拍李康宜、蔡頤榛、張書豪主演的星座愛情劇《清蜜星體驗》。與夏靖庭、李康宜主演電影《黑貓大旅社》飾演夏謙。在蘇照彬執(zhí)導(dǎo)，楊紫瓊、鄭雨盛主演的武俠片《劍雨》中飾演殺人熊。

2011年，出演張博昱執(zhí)導(dǎo)，寇世勛、林佑威、賴雅妍主演的年代劇《瑰寶1949》。出演卓文萱、張勛杰主演的偶像劇《男女生了沒》。與寇世勛、白歆惠主演軍事偶像劇《勇士們》飾演張自忠。與朱孝天、陳妍希主演偶像劇《記得，我們有約》。出演舒淇、梅芳主演的系列短片《10+10》。與謝欣穎、隋棠主演電影《命運化妝師》。

2012年，與楊謹華、王陽明主演愛情偶像劇《原來愛·就是甜蜜》飾演徐燁。出演黃渤、趙又廷、楊穎主演的電影《痞子英雄之全面開戰(zhàn)》。

2013年，與蘇有朋、林依晨主演動作偶像電影《甜蜜殺機》。

2014年，吳中天自編自導(dǎo)的電影《四十三階》獲得第51屆臺灣電影金馬獎最佳創(chuàng)作短片獎，并入圍了韓國釜山電影節(jié)。

2016年3月，執(zhí)導(dǎo)電影《天亮之前》。 ，影片提名第19屆上海國際電影節(jié)最佳影片 。

2013年，吳中天承認與楊子姍相戀，表示二人已經(jīng)交往2年多。

2015年10月14日凌晨，楊子姍在微博宣布婚訊，并曬出了結(jié)婚證照和婚戒。楊子姍在為微博寫道：“嫁了，他叫吳中天�！�

2017年6月10日，吳中天和楊子姍辦婚禮。

吳中天2006年演首部電影《指間的重量》，就入圍第43屆金馬獎最佳男配角及新演員，演技可說是備受肯定。（騰訊娛樂評）