1960年吳天明報考了西安電影製片廠演員訓練班，並在影片《巴山紅浪》裏扮演一個農村青年。1962年訓練班結業後，留在西影演員劇團作了一名演員。1974年參加了《紅雨》的拍攝工作，在崔嵬的指導下，他學到了許多導演藝術知識。1974年進入中央五七藝術大學電影導演專業班（後爲北京電影學院導演進修班）學習。1979年與導演滕文驥合作拍攝了故事片《生活的顫音》。1981年再次與滕文驥合作拍攝《親緣》。1983年獨立執導了故事片《沒有航標的河流》，該片於1984年獲文化部優秀影片二等獎，夏威夷第四屆國際電影節東西方中心電影獎。1984年他執導的影片《人生》或巨大轟動，好評如潮，獲得了第八屆電影百花獎最佳故事片獎。1987年吳天明執導影片《老井》，這是一部描寫中國北方貧瘠山村生活風貌的影片。在影片中，吳天明啓用張藝謀出演男主角孫旺泉。
該片於1988年獲得第八屆金雞獎最佳故事片獎，第十一屆百花獎故事片獎，第二屆東京國際電影節故事片大獎，第七屆夏威夷國際電影節評審團特別獎等。吳天明本人獲得第八屆中國電影金雞獎最佳導演獎。 1994年吳天明執導了《變臉》，獲得1995年華表獎最佳對外合拍片獎，東京國際電影節最佳導演獎。1998年執導袁立、柳雲龍主演的電影《非常愛情》。2002年執導張瑞敏爲原型創作電影《首席執行官》。2013年9月吳天明憑藉電影《百鳥朝鳳》在第22屆金雞百花電影節獲得了評委會特別獎。
吳天明的影片都有着較深的內涵和深度，溫厚而樸實，他拍的影片雖不多，但幾乎每部都得了國內或國外大獎，這說明了吳天明對題材的選擇是認真慎重的，這也表現了一個藝術家的良心，愛心和責任感，也顯示了導演的才華，修養和視野。吳天明導演是中國電影的領軍人物，除本人拍攝過多部優秀作品外，還帶領一代人創造輝煌，爲中國電影做出了巨大的貢獻。他是個率真正直的好人。
