吴镇宇是于1986年凭演出《靓妹仔3之午夜丽人》而进入电影圈。在电影圈早期,吴镇宇几乎都只能出演一些小角色。1992年,饰演《
绝代双骄》的头号反角江玉郎。1993年客串周星驰的《
唐伯虎点秋香》中的四大才子之一文征明。1994-1995年,他与黄子华、李婉华合作,主演了舞台剧《撞板风流》。
1996年的客串《基佬四十》,饰演一个敏感、温雅、内秀的GAY。同年,吴
镇宇主演了查传谊导演的电影《旺角揸Fit人》。1996年,吴镇宇参演了由郑伊健、陈小春主演的《古惑仔之人在江湖》,他打破常规性的黑社会凶神恶煞的套演方式,把一个心理极度疯狂歇斯底里神经质的形象融合到这个反派身上。
1997年,出演《
难兄难弟》,饰演老实、敦厚的谢源老实、敦厚。同年接连拍了《豪情盖天》、《
97家有喜事》等电影。1997年先后与刘青云拍挡,主演了杜琪峰导演的《一个字头的诞生》以及电影《高度戒备》。并且《一个字头的诞生》这部电影,获得了1998年电影金紫荆奖最佳男配角奖。1998年与吴君如、方中信等合作电视剧《古惑仔》,饰演黑帮角色靓坤。1998年,他执导了自己的第一部作品《9413》。1999年,主演了叶伟信导演的《爆裂刑警》。同年,主演了杜琪峰导演的《
枪火》。
2000年,凭借《公元2000》里一个出场了10分钟的在客串演员表的配角,他拿下了当年香港金像奖的最佳男配角奖和金紫荆奖最佳男配角奖。同年,继续跟叶伟信导演合作,和吴君如主演了《朱丽叶与梁山伯》。2001年在第七届香港电影评论学会大奖颁奖礼上获得最佳男演员奖。
2002年,吴镇宇凭借《朱丽叶与梁山伯》获第二十届香港电影金像奖最佳主角提名。2003年,重回无线,接拍了无线台庆剧《
冲上云霄》。2003年,吴镇宇凭借《无间道Ⅱ》倪永孝的角色,被第二十三届香港电影金像奖最佳男主角提名。
2005年的《神经侠侣》里,吴镇宇饰演善良、固执但没有攻击性的精神病患者。2006年,主演电影《
卧虎》,饰演一个个性冲动,嗜血残暴的黑道反派角色,并凭此角色获得第43届金马奖最佳
男主角提名。
2010年出演的电影《
西风烈》中吴镇宇饰演杀手。2012年3月1日《疯狂的蠢贼》首映,吴镇宇亲赴北京四家影院宣传造势。2012年与周润发合作,出演《
大上海》中茅载一角。
2013年,吴镇宇十年重返荧屏的电视剧《
冲上云霄2》在香港开播以后,以全剧平均31点,大结局平均38点的收视率成为2013年度香港电视剧收视冠军。
2014年主演的电影《
京城81号》中分饰两角,内地总票房超过4亿,并以平均每周1.3亿的成绩成为国内惊悚片票房冠军。同年,吴镇宇携子参加湖南卫视综艺节目《爸爸去哪儿2》。节目开播后,吴镇宇一直占据“人气爸排行榜”第一的位置。
2015年4月30日,参演的电影《爱我就陪我看电影》于4月30日上映。5月19日,主演的《土豪520》在京举办首映礼,电影于5月21日正式上映。