吴海燕自六岁起进入福建省戏曲学校京剧班学习，她工青衣，花旦，尤以刀马旦见长。她的京剧表演动作优美，唱腔圆润，京剧表演的训练为她日后在银幕上的表演打下了坚实的基础。

1974年，吴海燕在北影厂影片《海霞》中扮演女主角海霞，一位英姿飒爽的女民兵。《海霞》在群众中引起一定反响。“文革”后，吴海燕在影片《绿海天涯》中饰演一名为祖国科研事业牺牲在莽莽丛林中的女青年鲁琨。1978年吴海燕进入上海电影制片厂，参予演出了《等到满山红叶时》，扮演一个农村长大的姑娘杨芙。表演中她注重真切细腻，层次分明地展现复杂丰富的感情变化，其中尤以“哥哥”去世一场戏为佳。之后，在影片《白莲花》中扮演女匪首白莲花，将人物外表豪放坚强，内心细腻敏感的特征演绎得曲尽入微。1981年，吴海燕在《检查官》>中扮演一个戏不多的配角，一位致残的舞蹈演员。在表演出她充分体验角色不幸致残的深切痛苦和对舞台生活的同衷眷恋，通过表情准确揭示人物心情。

进入九十年代，吴海燕仍活跃在银屏上，不断参予电视剧的拍摄，如《卖大饼的姑娘》、《浣纱女的传说》、《伴飞》、《你好，太平洋》等。