1997年回到香港，開始電影及模特兒工作。1998年，吳彥祖接拍{dy}部電影《美少年之戀》，由楊凡導演一部同性戀電影。2004年，與成龍主演了《新jc故事》，并獲得了金馬獎演員類獎項“第41屆金馬獎{zj0}男配角”。2007年憑電影《四大天王》，于第26屆香港電影金像獎中奪得新晉導演獎。2009年，由麥兆輝及莊文強編劇及導演的電影《竊聽風云》系列。2010年4月6日，吳彥祖與相戀8年的女友Lisa S在南非舉行婚禮，結為夫妻。2012年，出演陸川的電影《王的盛宴》。2013年，電影《控制》。2016年，出演電影《魔獸世界》。

2003年，主演的電影《新扎師妹2之美麗任務》上映；同年，憑借電影《妖夜回廊》入圍第40屆金馬獎{zj0}男主角獎。

2004年，成龍重新翻拍的《新jc故事》找到吳彥祖作為第三男主角。并憑借此電影獲得第41屆臺灣電影金馬獎{zj0}男配角，第25屆中國電影金雞獎{zj0}男配角提名，第24屆香港電影金像獎{zj0}男配角提名 。

2006年，主演的電影《夜宴》上映。

2007年，主演的電影《門徒》上映；同年，憑電影《四大天王》，于第26屆香港電影金像獎中奪得新晉導演獎。

2009年，由麥兆輝及莊文強編劇及導演的電影《竊聽風云》，在該片里首次與劉青云演對手戲。

2012年，導演陸川的新作《王的盛宴》西楚霸王項羽一角將由吳彥祖擔綱。

2013年，吳彥祖、馮德倫監制的年度犯罪動作大片電影《控制》定于11月21日上映。

2014年6月18日，因母親患上重病，吳彥祖決定暫停所有娛樂圈工作。解散經紀公司Revolution Talent Management Ltd(星革盟有限公司)。

2014年8月12日，吳彥祖微博否認退出娛樂圈：熱愛演藝工作 從沒想過退出，并開始全面復工。由韓國導演樸贊郁執導，吳彥祖出演的微電影《孵花》，于2014年10月22日在上海時裝周全球首映。

2014年12月20日，吳彥祖出演AMC電視網打造的美劇《荒原》，擔任男主角Sunny。

2015年，主演電影《滾蛋吧！腫瘤君》，吳彥祖飾演熊頓的醫生梁大夫；同年，憑電影《魔警》，提名第34屆香港電影金像獎{zj0}男主角；4月，cj影業公司宣布吳彥祖參演的電影《魔獸世界》將于2016年6月10日以3D格式在北美上映，有望引進內地。電影由鄧肯·瓊斯執導，根據暴雪同名游戲改編，講述在一個劍與魔法的奇幻世界中，兩個對立的種族——人類和獸人之間的戰爭故事。影片由暴雪娛樂、cj影業、環球影業聯合出品。主演11月15日開播的美劇《荒原》。

2016年，AMC宣布了續訂旗下由吳彥祖主演的后末日武俠劇《荒蕪之地》（Into the Badlands）第二季。

參演電影

魔獸世界2016-06-10

飾演古爾丹 導演鄧肯.瓊斯 主演崔維斯·費米爾, 托比·凱貝爾

滾蛋吧！腫瘤君2015-08-13

飾演梁醫生 導演韓延 主演白百何

單身男女22014-11-11

飾演方啟宏 導演杜琪峰 主演古天樂, 高圓圓, 楊千嬅

竊聽風云32014-05-29

飾演阿祖 導演麥兆輝 主演古天樂, 劉青云, 周迅

魔警2014-04-18

飾演王偉業 導演林超賢 主演張家輝, 安志杰

控制2013-12-05

飾演馬克 導演畢國智 主演姚晨, 安以軒, 任達華

木衛二報告2013-06-15

飾演宇航員 導演塞巴斯特·柯代洛 主演沙爾托·科普雷, 邁克爾·恩奎斯特

王的盛宴2012-11-19

飾演項羽 導演陸川 主演劉燁, 張震, 聶遠