吴优精通小提琴、声乐、舞蹈、外语；2011年，在女生中以专业第一名的成绩考入北京电影学院表演系。

2014年，参演抗日战争剧《同门往事》。同年，参演剧情悬疑微电影《鲤鱼》，凭华清一角获得金鸡百花电影节2014年度学院奖短片大赛最佳女配角奖项。

2015年7月4日，参演的都市喜剧《淑女涩男》在安徽卫视播出，吴优饰演拜金的“伪海归”时尚总监邓莎。同年，在刑侦悬疑网路剧《余罪》开机前，吴优被导演选中饰演缉毒大队女警林宇婧；之后，参演了根据郭敬明同名小说改编的玄幻剧《幻城》。

2016年1月，主演的励志青春校园网路剧《睡在我上铺的兄弟》在乐视视频上线，吴优饰演与林向宇相恋但最终分手的校花夏星辰。5月23日，网路剧《余罪》在爱奇艺上线，吴优凭大胸姐林宇婧崭露头角，并获得了爱奇艺尖叫之夜“年度电视剧新人奖”。10月7日，主演的现代科幻网路剧《我不是妖怪》在爱奇艺上线，饰演善良又自信的叶子。

2017年3月2日，都市情感励志剧《因为遇见你》在湖南卫视播出，吴优在剧中饰演外表柔弱善良却有狼子野心的张雨欣，这是她首次出演反派角色；此外，该剧在播出期间拿下连续27个双网全时段收视冠军，全国网平均收视破3%，单集最高收视破5%，网路播放量突破70亿。4月15日，参与录製的嘉宾访谈游戏秀节目《快乐大本营》在湖南卫视播出，而这是吴优的快本首秀。5月，主演古装魔幻喜剧《大唐魔盗团》，化身为花灵，对魔盗团的首领李天心生爱慕。

2018年1月8日，与夏雨搭档主演的悬疑刑侦剧《莫斯科行动》在浙江卫视中国蓝剧场播出，吴优在剧中饰演女警宋琳，承担起中俄双方沟通交流的重任，与陈尔力组成一对黄金搭档，将犯罪团伙捉拿归案。1月22日，青春话题系列剧《泡芙小姐》开机，吴优在剧中饰演泡芙，演绎泡芙与三个性格迥异的闺蜜小若、玛丽、十三妖之间的共同成长的故事。2月8日，主演的根据古龙同名小说改编的古装武侠电视剧《飘香剑雨》在爱奇艺播出，并在剧中饰演侠女孙敏，并首次挑战武打戏。9月12日，入选“第五届中国电视好演员”之网剧组女演员名单。9月20日，武侠爱情喜剧《鸣鸿传》在爱奇艺上线，吴优在剧中所饰演的妖后明珠是一个武功盖世重情重义的女子。

吴优有活力、风趣，落落大方，身材高挑，气质出众，是个乐观积极、踏实努力的人（腾讯娱乐评）。在网剧《睡在我上铺的兄弟》中，吴优将夏星辰这个角色诠释得饱满立体、十分生动（网易娱乐评）。

外形高挑靓丽的吴优，身上却暗藏着一股的“逗比能量”。在《睡在我上铺的兄弟》发布会游戏环节中，吴优毫无偶像包袱地与众主演及冬粉们大玩“兄弟拳”，无论姿势还是笑容都很萌，充满了元气满满的正能量（新华娱乐评）。

网路剧《余罪》导演张睿评价吴优“原本觉得她还年轻，但是没想到的是吴优在剧中的表现十分出人意料。私下也非常勤奋特别用功”。（张睿评）