2000年，主演风格独特的都市情感剧《堆积情感》，饰王斌。

2001年，与徐涛、牛莉共同主演湖南电广制作的京味电视剧《瑞雪飘飘》，饰吴家驹。

2004年，参演由王坪执导、金鑫、潘粤明出演的《黑蚂蚁》饰演杀手“薛成”。2006年，参演由曹保平执导、刘蓓出演的《左伟与杜叶的婚姻生活》饰演“左伟”。

2007年，参演由何群执导、黄奕、辛柏青出演的《秋海棠》饰演“藏文喜”；10月份出演由朱锐斌执导、孔琳、余皑磊出演的《长江一号》饰演日本军官“近卫利胜”。

2009年，参演由王好为执导、刘晓庆、杨立新、葛存壮出演的《徐悲鸿》饰演男一号“徐悲鸿”；10月，参演由姜伟执导、姚晨、孙红雷出演的电视剧《潜伏》饰演“陆桥山”。

2010年，参演由李彬执导、丁柳元、李菁菁出演的《一世牵挂》饰演“石峰”；6月。参演刘恺执导、尤勇、颜丙燕出演的《利剑无锋》饰演“谷秋暮”；10月，由鞠觉亮执导、钟汉良、张晓龙、刘筱筱出演的电视剧版《十月围城》饰演“李玉堂”。

2011年，参演由董志强执导、邵兵、李曼出演的《汉阳造》饰演“夏之前”；11月，参演由付宁执导、秦海璐、岳秀清出演的《全家福》饰演“王满堂”。

2012年，参演由付宁执导、任重、朱雨辰出演的《光阴的故事》饰演“佟父”；10月，参演由林兵执导、聂远、丁志诚出演的《杀尽豺狼》饰演“齐满堂”；同年，参演由张国庆执导、陈宝国、岳秀清出演的以冷江解放为主要背景《强者风范》饰演“蔡英豪”。

2013年，参演由董志强执导、黄志忠、左小青出演谍战情感大剧《我的绝密生涯》饰演“方堃”。

2015年3月，出演电影《三体》中史强一角；随后，拍摄改编自鲁迅文学奖得主鲁敏的同名小说青春爱情电影《六人晚餐》，饰演一个地道的工人丁伯刚。

2016年10月，参演谍战大戏《无名者》，饰演郑伯鸿。

2017年3月28日，参演的反腐电视剧《人民的名义》在湖南卫视播出，饰演市委书记李达康，并凭借该角色获得第23届上海电视节-白玉兰奖最佳男配奖。

2019年5月7日，主演的缉毒题材剧《破冰行动》在爱奇艺上线，吴刚在剧中饰演禁毒局副局长李维民；6月14日，参演的电影《妈阁是座城》上映，饰演段凯文；6月22日，由黄志忠担纲导演的刑侦悬疑剧《神探柯晨》播出（又名《天津1928》、《审讯者》），饰演剧中黄志忠的直属上司警察署长孙满堂；6月28日，其主演的奇幻剧情电影《超级的我》上映，片中饰演幕后大佬强哥；8月，吴刚和儿子吴羽卿参加成长青春励志真人秀《一路成年》。

2019年，出演由陈可辛执导的电影《中国女排》；11月24日，与俞飞鸿、曾江等合作主演的电视剧《刑警之海外行动》在广东中山市开机 ；11月26日，与李沁、陈道明等合作主演的电视剧《庆余年》在腾讯视频和爱奇艺播出。