1960年，出演个人首部电影《巴山红浪》；1974年，进入中央五七艺术大学电影导演专业班（后为北京电影学院导演进修班）学习；1979年，与滕文骥联合执导个人首部电影《生活的颤音》；1984年，执导剧情电影《人生》，该片获得第8届大众电影百花奖最佳故事片奖；1987年，凭借剧情电影《老井》获得第8届中国电影金鸡奖最佳导演奖；1994年，凭借剧情电影《变脸》获得第9届东京国际电影节最佳导演奖；2002年，凭借剧情电影《首席执行官》入围第9届中国电影华表奖优秀导演奖；2005年，吴天明获得第1届中国电影导演协会终身成就奖；2008年，担任爱情电影《过界》的制作人；2012年，主演剧情电影《飞越老人院》；2014年3月4日，吴天明因心梗离世，享年75岁；2016年，由其执导的剧情电影《百鸟朝凤》上映，该片获得第22届金鸡百花电影节评委会特别奖 ，他凭借该片获得第3届中国内地与澳门国际电影节最佳导演奖。