吳文藻少時就讀禮延學堂高等小學、南菁中學，1916時考入清華學堂初中部，繼入高等部。1923年，吳文藻赴美國留學，先入達特茅斯學院（Dartmouth College）社會系，再升入哥倫比亞大學（Columbia University），於1928年取得博士學位。吳文藻歸國後進入燕京大學執教，後曾兼任文學院長，並加入中國社會學會、中國民族學會等，1936年時再赴歐美考察。
抗戰期間，吳文藻轉至雲南大學任教，兼任國防最高委員會參事、盟葬委員會顧問等，並於印度、新疆考察民族、宗教問題，亦獲聘為英國皇家人類學研究所通訊研究員。戰後，吳文藻曾任中國駐日代表團政治組長，直到1950年時辭職，留居東京，次年返抵中國，入中央民族學院任教，亦加入中國民主促進會。吳文藻在1958年後被迫淡出學術界，直到文革落幕才復出，仍於中央民族大學任教。1985年9月24日，吳文藻病逝於北京。著有《戰後西方民族學的變化》、《文化人類學》等。