吴渊初任建德县簿，丞相史弥远与他长谈一日，发现他很有才干，十分高兴，欲任命他为开化县尉，吴渊以“甫(刚开始)得一官，何敢躁进？”为由婉言谢绝，史弥远称他为“国器也”。吴渊为官公道正派，清正廉明。任建德县簿时，“江东九郡之冤，讼于诸使者，皆乞送渊”。为老百姓伸张正义，洗清冤曲，深得百姓拥戴。后任提点浙西刑狱时，衢州、严州盗贼四起，吴渊调遣将士，“歼其渠魁，散其支党”，平息了盗贼，为朝廷立下了功劳，升为朝官，先任枢密院检详诸房文字兼国史院编修官、实录院检讨官兼左司，后任右文殿修撰、枢密副都承旨兼右司兼检正。时值朝廷准备进兵中原，丞相郑清之拟采取“据关守河”的策略，吴渊竭力反对，曰“国家力决不能取，纵取之决不能守”，郑清之很不高兴。不久，中原战事发展果然不出吴渊所料，郑清之写信向吴渊引咎并致谢。此后，吴渊先后担任工部、兵部、户部侍郎，镇江知府兼总领，太平知州兼江东转运使，隆兴知府，江西安抚使兼转运副使，宝章阁直学士，华文阁直学士，兵部尚书，工部尚书等职。他尽职尽责，体恤百姓，关心朝政，先是“力陈九事”，后来又提出了兴利除害二十五事，得到了朝廷的赞许。

　　吴渊在几处任所连逢大灾，他全力慰抚赈济。任太平(今当涂)知州时，两淮流民涌入太平境内者达40余万人，他将流民编成“什伍”(古代户籍编制，十家为什，五家为伍)予以赈济，令当地土著人不要侵犯，使流民得以安定，当时临近的其它州县经常发生流民放火抢劫事件，唯独太平州境内安然无恙。任隆庆知府、镇江知府和平江知府时，均遇大灾，吴渊力行荒政，数次赈灾，使187万余灾民得以存活。

　　吴渊的军事才能也得到朝廷的赏试。端平元年（1234年），南宋会合蒙古灭金后，蒙古军即向南宋连续用兵。吴渊创办团练，建司空山、燕家山、金刚台三大寨及嵯峨山、鹰山、什子山等二十二小寨，组织丁壮为伍，各寨队伍相接应，使之星罗棋布，脉络贯通，无战则耕，有警则御。湖南峒人暴乱，吴渊受命平定，生擒魁首。宝祐三年（1255年）三月，吴渊任江陵知府兼夔路策应大使、京湖屯田大使时，调兵二万增援四川，又力战白河、沮河、玉泉一带，败元将汪惟立。

　　吴渊的孝行也为世人所敬佩。五岁丧母，“哭泣哀慕如成人”。宋嘉定十七年（1224年），父亲吴柔胜去世，按照当时的规定，吴渊在家守丧三年，保留官职，但不理朝事。在守丧期间，朝廷下诏书命他复职，他坚决不同意，并上书朝廷曰：“人道莫大于事亲，事亲莫大于送死，苟冒哀求荣，则平生大节已扫地矣，他日何以事君？”意思是说，人的道德以孝敬父母为最大，而孝敬父母又以为父母养老送终为最大，如果我不顾失去父亲的哀痛去追求荣华富贵，我就失去了人生的大节，今后如何做人做事？又如何为朝廷效力，为皇上尽忠？最后朝廷答应了他的要求，直到守丧期满才去复职。

　　吴渊的功德得到了朝廷的褒奖，朝廷授其资政殿大学士，封金陵侯，宋理宗赵昀赐“锦绣堂”、“忠勤楼”大字，又进爵庄敏公。宝祐五年（1257年）正月，吴渊以功拜参知政事，身列相位，仅七天即卒于自荆湖回京途中，追赠“少师”。史记吴渊“有材略，迄济事功，所至兴学养士，政尚严厉”，诗词文论都有成就，著有《退庵文集》、《易解》、《庄敏奏议》30卷等，《词综》收其词多首。