受家庭影响，吴海燕从五岁就开始学唱京戏，就读于上海戏剧学院小小班。不久，父亲又把她送到福建省戏剧学校学戏，苦度了六个春秋。在学期间，她文武两个方面受到严格的基本功训练。
1965年，从戏校毕业，成为全国年龄最小的中专毕业生，因成绩优秀被留在福建省京剧团。
“文化大革命”中，因父亲被错划成党内的走资派，14岁的吴海燕一下子从高干的女儿变成了黑帮子女，被分到偏僻的农村劳动改造。艰苦的环境反而使吴海燕对京剧艺术逾加痴迷，她在劳作之余，成天醉心于体验和扮演各种女性角色，从名门闺女、江湖侠女、小家碧玉到龙钟老媪，都作过尝试。曾参加演出京剧《红色少年》。
70年代初，吴海燕曾在省军区文工团工作，参加京剧《龙江颂》、《红灯记》、《智取威虎山》、《奇袭白虎团》中各类女英雄的演出。
1974年，在北影厂影片《海霞》中扮演女主角海霞。
1975年，回到福建省京剧团。不久，参加了京剧《红灯照》等两部古装戏的演出。
1978年，调到上海电影制片厂演员剧团。进上影后，参加拍摄的第一部影片是《绿海天涯》。
1979年，出演电影《等到满山红叶时》；同年底，应埃及电影作家、评论家协会主席姆拉赫的邀请，赴埃及参加了第五届开罗国际电影节。
1980年，主演影片《白莲花》
1981年，出演《检查官》。
进入九十年代，吴海燕仍活跃在银屏上，不断参与作品的拍摄，如《伴飞》、《卖大饼的姑娘》、《浣纱女的传说》、《你好，太平洋》等。
