初入清武衛(wèi)軍前軍隨營學(xué)堂修業(yè)，后任隨員、東三省轉(zhuǎn)運局提調(diào)，再入直隸屬淮軍營務(wù)處，1900年隨袁世凱赴山東省，后任山東巡警道，1913年任京師警察廳總監(jiān)，總統(tǒng)府秘密偵探處主任，京師警察廳廳長兼市政公所會辦，袁世凱稱帝后，被封為一等男爵，袁世凱死后投入皖系，1920年因段祺瑞下野而去職，在京師警察廳這八年是他在政治上最風(fēng)光的時候，這個職務(wù)相當(dāng)于清朝的九門提督，統(tǒng)領(lǐng)兩萬多名警察，是北京最有實權(quán)的人物，基本架空了市政當(dāng)局。在其任內(nèi)，發(fā)生了洪憲帝制，張勛復(fù)辟，府院相爭、五四運動等一系列事件，他都憑著圓滑的手腕安然渡過。1920年7月，段祺瑞被直系軍閥擊敗下野后，他辭去各職，轉(zhuǎn)入商界，1922年任中興公司駐礦協(xié)理、經(jīng)理，1925年在第十五次股東會議上，被選為董事，曾參與臨城劫車案談判。

1925年，隨段祺瑞復(fù)出，10月任安徽省省長， 晉陸軍上將銜，辭去了中興公司的駐礦協(xié)理和董事職務(wù)，但仍是中興公司的大股東。后解職從商，1930年病逝。

辛亥革命爆發(fā)后，1911年11月13日，山東獨立。11月16日，袁世凱被清政府任命為內(nèi)閣總理大臣，掌握了全國的軍政大權(quán)。袁上任后，立即命令其爪牙張廣建、吳炳湘等到濟南破壞山東獨立，以穩(wěn)定其在北方的統(tǒng)治秩序。張廣建、吳炳湘首先從第五鎮(zhèn)入手，支持反動軍官吳鼎元、聶憲藩、張樹元等人逼走軍中主張獨立的官兵，并向聯(lián)合會施加壓力，要求取消獨立。11月24日，聯(lián)合會中的“六二黨”及第五鎮(zhèn)中的反動軍官在山西會館召開所謂“山東全體維持會”。會間，竟將大炮架起，一面對著巡撫衙門，一面對著聯(lián)合會，大發(fā)淫威。并揚言：誰不贊成取消獨立，“就以軍法從事”。

在這種形勢下，孫寶琦認(rèn)為取消獨立的時機已到，便于11月24日悍然宣布：取消山東獨立名號。至此，短短12天的山東獨立宣告結(jié)束。

山東取消獨立后，孫寶琦立即向清廷發(fā)了一封自責(zé)電，并將巡撫印信交提法使胡建樞。12月17日，清廷內(nèi)閣正式免去孫寶琦的山東巡撫職務(wù)，由提法使胡建樞代理，張廣建代理山東布政使，濟東泰武臨道道員聶憲藩調(diào)任山東提法使，吳炳湘任巡警道，吳鼎元升任第五鎮(zhèn)統(tǒng)制。

吳炳湘在震驚中外的臨城劫車案中，曾發(fā)揮過重要作用。

1923年，孫美瑤聯(lián)軍“劫車擄票、就撫受編”，制造了震驚中外的臨城劫車事件，朝野震驚，中外嘩然。中興公司礦務(wù)大樓成為處理接待軍政要人、各方名士、被劫人員家屬的場所。在重兵包圍和洋人顧問、官僚政客、幫會首領(lǐng)、地方士紳斡旋下，最后達(dá)成放票、受編協(xié)議。吳炳湘自始至終均參與了有關(guān)談判，對事件的和平解決，發(fā)揮了重要的作用。為促成談判，吳炳湘還認(rèn)孫美瑤為義子。

孫美瑤被收編后，當(dāng)上了北洋軍閥段祺瑞的旅長。不久，吳炳湘與兗州鎮(zhèn)守使張培榮秘密會面，以接風(fēng)為名將孫美瑤騙至中興公司灌醉后，在棗莊煤礦“八大家”東門外處死。孫美瑤舊部揚言要報復(fù)吳炳湘，吳出面聲言是稟公受命，此事與己無關(guān)，又花了些銀兩，才擺平危局。

中興公司的前身“中興礦局”是在北洋大臣李鴻章等人的支持幫助下，一部分帶職官員和地方士紳聯(lián)合開辦的，但由于官員辦礦利益不明產(chǎn)權(quán)混亂而很快夭折。后于1898年成立了“山東嶧縣（棗莊）中興煤礦股份有限公司”。它的發(fā)展道路雖然崎嶇坎坷，但至民國興盛時期，已成為全國的十大企礦業(yè)之一。

民國初期，軍閥混戰(zhàn)，南北割據(jù)，加上棗莊匪患嚴(yán)重，中興公司為尋求保護，有意識的吸收軍閥投資。也許是由于上述原因，吳炳湘參與中興公司活動并出任公司董事、經(jīng)理的事也就順理成章了。吳炳湘是段祺瑞的老部下，與總統(tǒng)徐世昌也十分相熟，在皖系很有影響，中興公司重用吳炳湘，從以上所述的中興公司當(dāng)時所處的環(huán)境來看，大概是想借助吳的影響和力量，來保護礦山的安全。

吳炳湘1922年開始出任駐礦協(xié)理，當(dāng)時中興公司與舜耕山大通煤礦合資籌建水泥廠，中興公司發(fā)電廠也計劃安裝兩部兩千千瓦發(fā)電機并設(shè)立中興小學(xué)以解決礦工子弟入學(xué)問題。以上項目需要大量資金，中興公司于當(dāng)年擴股七百五十萬元，并改組董事會，由于黎元洪介紹湖北方面入資一百萬元，再次當(dāng)選董事會長，朱啟鈐、張學(xué)良、張仲平等人為董事，趙爾巽、吳炳湘為監(jiān)察人，一九二三年一月，駐礦經(jīng)理戴緒萬病逝，胡希林代理經(jīng)理，五月，吳炳湘繼任經(jīng)理。

1925年8月，奉系軍閥張宗昌率部進駐棗莊，勒令中興公司交納軍餉二十八萬元，并收繳了礦警隊的槍械。吳炳湘身為中興董事、駐礦協(xié)理，又是軍界人物，也曾出面疏通關(guān)系，看在多方情面，中興交納十萬元軍餉，張宗昌發(fā)還了收繳的礦警隊的槍械。

1925年10月任安徽省省長，辭去了中興公司的駐礦協(xié)理和董事職務(wù)，但仍是中興公司的大股東。1930年病逝。