吴卓翰早年以模特兼演员双重身份出道，2003年拜师表演艺术家李法增学习表演艺术，并在话剧《疯狂短信》中担任男一号。

2004年，在王学兵、范冰冰主演的古装悬疑推理剧《剑临天下》中饰演马汉；出演惊悚悬疑剧《魂断楼兰》中许安多一角；参演姚远执导的青春偶像剧《向左走，向右走》。

2005年，参与王晶执导的古装武侠剧《八大豪侠》和《小鱼儿与花无缺》。

2006年，出演吴毅将主演的家庭喜剧片《亲亲一家人》。参演王晶执导的民国爱情剧《暴雨梨花》，警匪剧《A计划》和金庸武侠剧《雪山飞狐》。

2008年，在古装探案喜剧《十大奇冤》中饰演胡天禄。参与张卫健、文颂娴主演的武打剧《仁者黄飞鸿》。在反特剿匪剧《迷雾重重》中饰演武装大队长“李红河”。

2009年，搭档聂远、秦丽主演青春悬疑轻喜剧《嗨,芳邻》。

2011年，在鞠觉亮执导的历史剧《新水浒传》中饰演方腊。参与王姬、刘威领衔主演主演的都市生活剧《疼痛的幸福》。在纪传体古装神话剧《天地姻缘七仙女》中饰演景暄、雪麟童。参演黄晓明主演的古装历史剧《精忠岳飞》。

2012年3月，在郑嘉颖、秦岚主演的年代爱情剧《滚滚红尘》中饰演陈笑天；10月，领衔主演悲情传奇剧《高山青》，在剧中饰演客死台湾的爱国诗人邓禹平。

2013年，在古装神话魔幻《封神英雄榜》中饰演商纣王。同年出演古装悬疑探案剧《神探狄仁杰之情花金人案》，饰演检校千牛卫大将军、狄仁杰的卫队长李元芳。

2014年，参演古装爱情剧《风中奇缘》。

2015年9月，与李彩桦领衔主演历史传奇剧《天下正道》，在剧中饰演明代杰出政治家、哲学家、心学集大成者王阳明。

2019年11月21日，主演的都市情感励志剧《乔安你好》播出。

2008年12月，吴卓翰受邀出席“第三届大学生影像节”，并为中美优秀大学生影片颁奖。

吴卓翰与导演王晶合作拍摄了《A计划》《仁者黄飞鸿》《小鱼儿与花无缺》等影视作品，在过程中不断地深化自己的表演功力。之后，不论是在《雪山飞狐》中一人分饰福康安、陈家洛两角，还是在《迷雾重重》中饰演智勇双全的武装大队长李红河，逐渐形成了自己的表演风格，也成功由偶像派上升为创作型实力型男演员。