吴碧霞母亲吴秀英是县剧团专业演员，父亲王华安曾在县宣传队和剧团演出。吴碧霞一出生就受到家中艺术气氛的熏陶，孩童时期就常常抱着录音机边听边学歌曲。6岁时，她对着风琴练习发音，还常常把报刊上的歌曲剪下贴成集子，手抄了10多本的歌曲。小学时期，她是班中的文艺骨干和活跃分子，中学时期担任班级的音乐课代表。
1987年，参加常德电视台举办的“纳凉晚会”；10月，获得湖南省首届重阳节广播歌曲演唱大奖赛一等奖。
1988年，获得湖南省“金芙蓉杯”歌手大奖赛二等奖；6月，随同湖南省少儿艺术团赴北京参加全国少儿文艺调演，表演歌曲《有一个美丽的传说》。
1990年9月，参加中央电视台青年歌手大奖赛，因年龄太小未取得资格。
1992年，被太平洋影音公司相中，录制并出版了盒带专辑《中国妞妞》；同年，参加文化部春节晚会，演唱歌曲《细雨淋湿小村庄》。
1996年，获得文化部“96全国声乐比赛”民族唱法一等奖。
1997年，获得“国际青年艺术节”金奖。
2000年11月8日，获得“第一届中国（广州）国际声乐比赛”一等奖；同月底，参加“第8届西班牙毕尔巴厄国际声乐大赛”，获得冠军。
2001年，受国际声乐组委会和西班牙国家广播电视台邀请，赴马德里参加GalaLirica音乐节；同年，获得第4届波兰玛纽什科国际声乐比赛第二名，以及最佳女高音奖和最受观众欢迎奖；12月，应国际声乐组委会和西班牙ARRIAGA歌剧院的邀请，出演歌剧《弄臣》女主角吉尔达。
2002年，受新加坡滨海艺术中心邀请，出演清唱剧《马可波罗与布鲁汗公主》中的布鲁汗公主；同年，在法国首演陈其刚作品《蝶恋花》。
2003年9月，在北京民族宫大剧院举办西洋作品和中国作品两场独唱音乐会；11月，获得第4届中国金唱片奖美声类女演员奖；12月，参加中国轻音乐学会“学会奖”，凭借歌曲《笑之歌》获得该典礼最佳美声女歌手奖，凭借歌曲《好花红》获得该典礼最佳民歌女歌手奖。
2004年，在慕尼黑国际双年歌剧节上首演了瞿小松的歌剧《试妻》中的扇坟女和田氏。
2005年1月11日，担任第1届中国电影导演协会年度奖颁奖典礼表演嘉宾，演唱俄罗斯民歌《夜鹰》；6月，获得第2届中国唱片金碟奖古典类最佳女歌手奖。
2006年4月，在辽宁大剧院举行个人独唱音乐会；同年，作为国家访问学者，赴美国茱莉亚学院和马里兰大学学习。
2008年7月，凭借《红楼梦音乐会》获得第6届中国金唱片奖影视歌曲专辑奖。
2009年，上海国际音乐节首演了声乐随想曲《蝴蝶双飞》；11月，在中国国家大剧院首部中国原创歌剧《西施》中饰演郑旦。
2010年5月27日至6月1日，担任歌剧《贾尼-斯基基》的主演；6月11日，在广州星海音乐厅举行《夜莺归来独唱音乐会》。
2012年9月，担任第9届金鹰节开幕式表演嘉宾，与沙宝亮压轴演绎歌曲《我为你而来》。
2016年2月，担任广西卫视民歌选秀节目《一声所爱·大地飞歌》收官场的嘉宾导师；5月3日，参加音乐共和艺术节，演唱音乐作品《红楼梦音乐传奇》。
2017年，发行音乐单曲《中国梦》；10月，她演唱的歌曲《起航》成为“唱响主旋律 喜迎十九大”展播歌曲之一。
2018年1月，参加《百花迎春——中国文学艺术界2018春节大联欢》，演唱歌曲《恭贺新禧》；4月，作为腾格尔的帮唱嘉宾，参加湖南卫视音乐竞技节目《歌手2018》总决赛。
2019年4月，发行个人音乐EP《红玫瑰》；6月，被聘为“北京艺术院校思想政治理论课名家领读经典”授课教师；同月，在广州星海音乐厅举行《吴碧霞与贵阳交响乐团中西经典作品音乐会》；8月，获教育部“全国优秀模范教师”；9月，获得国家级各类评选获奖个人；同月，担任湖南卫视声乐竞演节目《声入人心第二季》的代班出品人。
2021年10月14日，参加央视2021年重阳节晚会《久久乐重阳》，演唱《沧海一声笑》。
2022年2月1日，参加《“四海同春”2022全球华侨华人春节大联欢》；9月9日，加盟河南卫视《中秋奇妙游》，特邀出演RAP《一封家书2022》；11月19日，参加首届湖南旅游发展大会开幕式；12月，参与《去炫吧！乐派》。
2023年1月14日，参加《2023欢乐春节音乐会》；1月19日，参加《卯足劲头弄春潮——2023河南春节晚会》；1月20日，参加《2023安徽卫视春节联欢晚会》；1月21日，参加《古韵新声》；1月21日，参加《2023年中央广播电视总台春节联欢晚会》；同日，参加《古韵新声春节》；1月22日，参加《2023年江苏卫视春节联欢晚会》；同日，参加《“百花迎春”——中国文学艺术界2023春节大联欢》；2月5日，参加《2023江苏卫视元宵晚会》；2月5日，参加2023全球华侨华人新春云联欢；2月5日，参加《2023年中央电视台元宵晚会》；3月1日，参加央视新闻、央视网等总台全媒体矩阵播出的《@青春2023》；4月4日，参加《2023清明奇妙游》；10月18日，参加《丝路繁花——共建“一带一路”倡议十周年音乐会》；11月30日，参加节目《你好民歌》。
2024年1月1日，参演《2024花开天下·国韵新年演唱会》。
2019年《红玫瑰》
《弄臣》歌剧
《贾尼-斯基基》歌剧
《小二黑结婚》歌剧
《西施》歌剧
《红楼梦》清唱剧
《禹王》清唱剧
2002年和2004年，吴碧霞在湖南举办了“帮困助学”个人独唱音乐会，共筹集善款210万，建立了“吴碧霞帮困助学教育基金”，资助了500名贫困学生上大学。
2020年，当选第十三届全国政协委员。
2022年11月，参加首届湖南旅游发展大会开幕式暨文化旅游推介会；12月，当选民进第十五届中央委员会委员。
2023年1月，入选为中国人民政治协商会议第十四届全国委员会委员名单中国共产主义青年团和中华全国青年联合会代表。
2023年9月5日，担任中国文艺志愿者协会第三届副主席。
