2004年，出演李繼賢執(zhí)導(dǎo)的青春校園電影《沒有音樂照樣跳舞》，在片中飾演高中生陳天閣，這是他的首部電影作品，從而正式進入演藝圈，該片于次年獲得中國電影華表獎最佳兒童片獎。
2006年，出演唐大年執(zhí)導(dǎo)的青春愛情電影《青春期》，在片中飾演對七七有著深深好感的班干部永亮，從而受到關(guān)注。
2010年，與李晨、小宋佳、楊立新共同出演家庭情感劇《風(fēng)車》，在劇中飾演成年時期的梁凡。
2011年，出演劉蓓、嚴(yán)屹寬、鄭曉寧主演的都市情感劇《身邊的幸福》，在劇中飾演潘嬌嬌的次子鐘天明，與劉蓓飾演一對母子。
2012年6月8日，出演的愛情電影《第一次》上映，在片中飾演樂隊成員梁良。
2013年，出演杜淳、馬蘇領(lǐng)銜主演的年代劇《黃金大劫案》。
2016年，出演劉恩佑、張雯、李雅男主演的民國情感劇《煙花易冷》。
2017年7月19日，其出演的古裝武俠電影《繡春刀Ⅱ：修羅戰(zhàn)場》上映，在片中飾演武功高強的丁泰。
2018年，出演雷佳音、易烊千璽領(lǐng)銜主演的古裝懸疑劇《長安十二時辰》，在劇中飾演外族殺手曹破延。2018年，參與主演了梁鳴執(zhí)導(dǎo)的電影《日光之下》，榮獲第3屆平遙國際電影展羅伯托·羅西里尼榮譽·評審榮譽獎及費穆榮譽·最佳導(dǎo)演獎。2019年12月，吳曉亮憑借此片獲得澳門澳門國際影展“新華語映像”最佳男主角。
2020年10月27日，出演孫紅雷、張藝興、劉奕君領(lǐng)銜主演的掃黑除惡題材劇《掃黑風(fēng)暴》，在劇中飾演孫興。
2020年，憑借電影《日光之下》獲第44屆香港國際電影節(jié) 新秀電影競賽（華語）單元最佳男演員獎。
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