2006年，出演唐大年执导的青春爱情电影《青春期》，在片中饰演对七七有着深深好感的班干部永亮，从而受到关注 。
2007年 ，与秦俊杰合作主演剧情电影《摊开你的地图》，在片中饰演一群青春叛逆少年的首领林齐 。
2010年，与李晨、小宋佳、杨立新共同出演家庭情感剧《风车》，在剧中饰演成年时期的梁凡 。2011年，出演刘蓓、严屹宽、郑晓宁主演的都市情感剧《身边的幸福》，在剧中饰演潘娇娇的次子钟天明，与刘蓓饰演一对母子 。
2012年6月8日，出演的爱情电影《第一次》上映，在片中饰演乐队成员梁良 。
2013年，出演杜淳、马苏领衔主演的年代剧《黄金大劫案》。
2016年，出演刘恩佑、张雯、李雅男主演的民国情感剧《烟花易冷》。2017年7月19日，其出演的古装武侠电影《绣春刀Ⅱ：修罗战场》上映，在片中饰演武功高强的丁泰 。
2018年，出演雷佳音、易烊千玺领衔主演的古装悬疑剧《长安十二时辰》，在剧中饰演外族杀手曹破延 。2018年，参与主演了梁鸣执导的电影《日光之下》，荣获第3届平遥国际电影展罗伯托·罗西里尼荣誉·评审荣誉奖及费穆荣誉·最佳导演奖 。2019年12月，吴晓亮凭借此片获得澳门澳门国际影展“新华语映像”最佳男主角 。
2020年10月27日，出演孙红雷、张艺兴、刘奕君领衔主演的扫黑除恶题材剧《扫黑风暴》，在剧中饰演孙兴 。
2020年，凭借电影《日光之下》获第44届香港国际电影节 新秀电影竞赛（华语）单元最佳男演员奖。
吴晓亮善于通过人物细微的表情、肢体语言等来展现角色的不同层次的情感，将人物演绎得不着痕迹，完成度甚高。他对不同角色的塑造让我们看到了区别于大众追捧的“符号化演技”，足见其扎实、过硬的表演功底。（北青网娱乐 评）。
剧中的曹破延并不是一个容易驾驭的角色，人设情绪层次复杂，稍不留神就有可能演绎成符号化的坏人，但吴晓亮能将人物转变演绎的如此不着痕迹，足见其扎实的表演功底。吴晓亮看似驾轻就熟的演绎，实则不深下苦功是难以表现的，他也因精湛的演技使众多观众从剧粉转变成了吴晓亮粉。（网易娱乐 评）