2005年，出演郑元畅、林依晨主演的青春爱情偶像剧《恶作剧之吻》，在剧中饰演江直树与袁湘琴婚礼上的撑伞男；同年，出演廖斐鸿执导的魔幻校园偶像剧《终极一班》，在剧中饰演战力指数破万、前任武林盟主的儿子田弘光；同年12月28日，与汪东城、辰亦儒、炎亚纶组成“飞轮海”组合，并宣布正式出道。

2006年，与林依晨、任达华合作主演青春励志偶像剧《东方茱丽叶》，在剧中饰演具有优秀设计才能的男主角纪风亮；同年9月15日，随飞轮海推出组合首张音乐专辑《飞轮海》，收录了包括《只对你有感觉》、《我有我的Young》等在内的11首歌曲；同年，与陈嘉桦合作主演根据中条比纱也的漫画《偷偷爱着你》改编的青春校园偶像剧《花样少年少女》，在剧中饰演待人冷淡且热爱跳高的男主角左以泉；同年12月17日，随飞轮海获得“TVB8金曲榜颁奖礼”最佳组合铜奖。

2011年4月24日，随飞轮海获得“MusicRadio中国TOP排行榜”港台地区年度最受欢迎组合奖；同年6月5日，随飞轮海推出国语单曲《The Heart of Asia》，并作为台湾观光局宣传主题曲；同年6月21日，吴尊因无心歌唱事业，而选择退出飞轮海，并将工作的重心放到了戏剧上；同年12月，获得“MTV超级盛典”最具风格新锐演员奖。

2012年，与山田凉介、川口春奈、有冈大贵合作主演侦探推理特别剧《金田一少年事件簿香港九龙财宝杀人事件》，在剧中饰演台湾国际刑警李白龙。

2013年4月4日，其主演的古装动作电影《忠烈杨家将》上映，而他在片中则饰演了天资聪敏且武艺高强的杨六郎杨延昭；同年，客串陈怡蓉、王传一、谢坤达主演的爱情偶像剧《遇见幸福300天》，在剧中饰演去饭店拍广告的男艺人吴尊；同年11月，出版个人首本励志图文书《决定勇敢》。

2014年，吴尊与女儿吴欣怡一同参加浙江卫视明星亲子真人秀节目《爸爸回来了第一季》。

2015年7月30日，其主演的古装爱情电影《杨贵妃》上映，而他在片中则饰演了唐玄宗与武惠妃的儿子寿王李瑁；同年9月1日，出席“文莱青年日庆祝活动”，并获得最佳模范青年奖。

2016年，与杨洋、张天爱、王丽坤合作主演古装玄幻武侠剧《武动乾坤》，在剧中饰演有着惊人才能、豪情霸气且背负着振兴林氏家族责任的林琅天，这是他的首部古装剧作品；同年12月15日，担任“中国十佳劳伦斯冠军奖颁奖典礼”的颁奖嘉宾，并为张继科颁发最受欢迎男运动员奖。

2017年，主演的热血运动电影《我是马布里》将于8月11日暑期档全国公映，吴尊在片中饰演马布里的篮球经纪人李楠。